Qt中多线程的使用

超、凢脫俗 2022-07-15 09:47 312阅读 0赞

最近项目中提出了新的需求，需要采集和收集图片。因为是高速相机，按照帧率至少200FPS的速度计算的话，30秒时间的图片也就是6000帧，同时要保持尽量不掉帧。因此这个开发任务就有两个重点：

*  如何能够在收集图片的时候不掉帧，把30秒钟采集到的图片尽可能的采集和收集到；
 *  在保存文件时，如何能够保证界面的及时响应，因为需要存放大量的图片，在只有一个线程工作的情况下，势必不能保持界面的良好响应；

对于第一点，个人采取的方案是只能是在采取完所有的图片之后，再将图片从内存中写入到硬盘中。这样保证了采集速率和缓速率之间的瓶颈。但是不足的是，如果按照图片的分辨率是640\*480，那么6000张图片就是1.7G。所以，会占据很大的内存。同时需要考虑到合适的数据结构，对于1.7个G的数据量，如果采用数组是不合适的，因为数组是连续的分配内存空间，那么对于内存较小的内存空间，就会分配失败。那么比较好的数据结构，应该是采用链表。因此我没有采用vector的数据结构，而是采用了list的数据结构。

对于第二点，当内存中已经采取到6000帧数据，从内存写入到硬盘中去的时候，会耗费比较大的时间以及CPU的运行，因此如果在单线程中，势必会影响到界面的良好响应，所以必须采用多线程来实现。目前为止，我的技能只有两个，一个是pthread线程机制，一个是不太熟悉的QThread机制，也就是Qt提供的多线程机制，因为不了解，所以我采用了pthread线程机制，但是在实现中出现了个一个重要的问题：

*  实际上，得到需要的数据后，可以很好的保持界面的响应，同时保持“不可见的后台”写入数据的线程。这一点是实现了的。但是我还希望通过在写入的过程中，实时更新写入状态，通过进度条来显示写入进度，这样就出现了一个错误，即Qt不支持在多线程（这里的多线程指的是pthread开启的线程）之间传递信号。至于这个问题，我没有找到很好的解决方案，于是乎我希望通过一个全局变量，在两个线程之间共享全局变量的状态，这样即达到了更新写入状态的目的；
 *  对于1的解决方案，还有一个就是通过QThead线程来实现。因为QThead是继承QObject对象的，而QObject是支持Qt信号槽的接触。因此我猜想有可能会可能有用，因此去学习了如果使用Qt线程，下面介绍一下我在实际中的使用。

## Qt线程学习 ##

**run()是线程的入口，就像main()对于应用程序的作用。QThread中对run()的默认实现调用了exec()，从而创建一个QEventLoop对象，由其处理该线程事件队列（每一个线程都有一个属于自己的事件队列）中的事****件，用代码简单描述过程如下。**

![20161111195436914][]

由此可见，exec()在其内部不断做着循环遍历事件队列的工作，调用QThread的quit()或exit()方法使停止工作，尽量不要使用terminate()，该方法过于粗暴，造成资源不能释放，甚至互斥锁还处于加锁状态。

## 关于QThread使用的简单讨论 ##

一般而言，我们会去继承QThread,然后将线程运行需要的参数传递进去，然后调用run方法，内部调用成员变量运行。比较常见的案例如下：

![20161111200336964][]

那么这个简单的案例最大的难点以及疑点就是moveThread的使用。为何需要这么做呢？以下内容摘自网页[http://blog.jobbole.com/84149/][http_blog.jobbole.com_84149]，我任务讲得蛮好的，因此分享给大家：

**moveToThread()**函数通知Qt准备好事件处理程序，让扩展的信号（signal）和槽（slot）在指定线程的作用域中调用。QThread是线程的接口，所以我们是在告诉这个线程在“它内部”执行代码。我们也应该在线程运行之前做这些事。即使这份代码看起来可以运行，但它很混乱，并不是QThread设计中的用法（**QThread中写的所有函数都应该在创建它的线程中调用，而不是QThread开启的线程**）。

**QThread是被设计来作为一个操作系统线程的接口和控制点**，**而不是用来写入你想在线程里执行的代码的地方**。我们（面向对象程序员）编写子类，是因为我们想扩充或者特化基类中的功能。我唯一想到的继承QThread类的合理原因，是添加QThread中不包含的功能，比如，也许可以提供一个内存指针来作为线程的堆栈，或者可以添加实时的接口和支持。用于下载文件、查询数据库，或者做任何其他操作的代码都不应该被加入到QThread的子类中；它应该被封装在它自己的对象中。  
通常，你可以简单地把类从继承QThread改为继承QObject，并且，也许得修改下类名。QThread类提供了start()信号，你可以将它连接到你需要的地方来进行初始化操作。为了让你的代码实际运行在新线程的作用域中，你需要实例化一个QThread对象，并且使用moveToThread()函数将你的对象分配给它。你同过moveToThread()来告诉Qt将你的代码运行在特定线程的作用域中，让线程接口和代码对象分离。如果需要的话，现在你可以将一个类的多个对象分配到一个线程中，或者将多个类的多个对象分配到一个线程。**换句话说，将一个实例与一个线程绑定并不是必须的**。

因此合理使用moveThread是QThread需要注意的地方。

下面贴出我自己在使用QThread的案例，不知大家还记得我最开始提出我在使用多线程的难点，即共享线程间的状态，即线程间发送信号。因此在这里，我应该是希望我创建的线程依赖于我创建它的线程，这样我创建线程发送的信号就可以被我的主线程中捕捉使用。因此moveThread是不必须的。

![20161111201633237][]

具体实现：

#include "savethread.h"
    
    SaveThread::SaveThread(QObject *parent)
    	: QThread(parent)
    {
    	IsSaving=false;
    }
    
    SaveThread::~SaveThread()
    {
    
    }
    
    void SaveThread::SetParameter(std::list<cv::Mat>buffer,QString format)
    {
    	buffer_temp=buffer;
    	this->format=format;
    }
    
    bool SaveThread::GetStatus()
    {
    	return IsSaving;
    }
    
    void SaveThread::run()
    {
    	int i=1;
    	IsSaving=true;
    	std::string picName;
    	while(!buffer_temp.empty())
    	{
    		cv::Mat temp=buffer_temp.back();
    		Mat finalMat=seprateImage(temp);
    		picName="./图像采集/";
    		picName+=QString::number(i).toStdString();
    		picName+=format.toStdString();
    		cv::imwrite(picName,finalMat);
    		buffer_temp.pop_back();
    		emit sig_progress_value(i);
    		i=i+1;
    		
    	}
    	IsSaving=false;
    }
    
    
    cv::Mat SaveThread::seprateImage(cv::Mat srcImage)
    {
    	int height=480;
    	int width=648;
    	Mat temp_right=cv::Mat::zeros(height,width/2,CV_8UC1);
    	Mat finalMat=Mat::zeros(height,width,CV_8UC1);
    	if(width%2==0)
    	{
    		int j=0;
    		int k=width/2-1;
    		for(int i=0;i<srcImage.cols;i++)
    		{
    			if(i%2==0)
    			{
    				srcImage.col(i).copyTo(finalMat.col(j));j++;
    			}
    
    			else
    			{
    				srcImage.col(i).copyTo(temp_right.col(k));k--;
    			}
    		}
    
    		for(int i=width/2;i<width;i++)
    		{
    			temp_right.col(i-width/2).copyTo(finalMat.col(i));
    		}
    	}
    	return finalMat;
    }

在主线程中调用：

saveThread=new SaveThread(this);
    saveThread->SetParameter(buffer,format);
    connect(saveThread,SIGNAL(sig_progress_value(int)),this,SLOT(onUpdateProgress(int)));
    saveThread->start();

以上是大致的实现逻辑，具体实现的细节有点多，篇幅有限，可以给大家看看最后的效果：因为传递图片大小的限定，不能给出较长的时间长度的显示，所以给了大致的显示：

![20161111204531900][]

![20161111204538031][]

[20161111195436914]: /images/20220715/5fe9ded5460d4e48a0462a02d17186ff.png
[20161111200336964]: /images/20220715/2db60e5bee3c4c3a9811db70f72c698b.png
[http_blog.jobbole.com_84149]: http://blog.jobbole.com/84149/
[20161111201633237]: /images/20220715/f7ae175197d547a3a2a0b9fa738b3843.png
[20161111204531900]: /images/20220715/1adec04ac96a4e959ef841ec4b9e339f.png
[20161111204538031]: /images/20220715/30594e660b2c44e79f215065a104891a.png