Qt 重入和线程安全

重入和线程安全

• 重入和线程安全
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  • 线程安全
  • 关于Qt类的注意事项

重入和线程安全

本文翻译自Qt官网：重入和线程安全

在整个文档中，术语“可重入”和“线程安全”用于标记类和函数，以指示它们如何在多线程应用程序中使用：

• 即使调用使用共享数据，也可以从多个线程同时调用线程安全函数，因为对共享数据的所有引用都已序列化。
• 重入函数也可以从多个线程中同时调用，但前提是每次调用都使用自己的数据。

因此，线程安全函数始终是可重入的，但可重入函数并非始终是线程安全的。

通过扩展，如果可以从多个线程安全地调用其成员函数，则该类称为可重入的，只要每个线程使用该类的不同实例即可。 如果可以从多个线程安全地调用其成员函数，则该类是线程安全的，即使所有线程都使用该类的相同实例也是如此。

注意：如果打算将Qt类用于多个线程，则仅将它们记录为线程安全的。 如果某个函数未标记为线程安全或可重入，则不应在其他线程中使用该函数。 如果某个类未标记为线程安全或可重入，则不应从其他线程访问该类的特定实例。

可重入

C ++类通常是可重入的，仅因为它们仅访问自己的成员数据。 只要没有其他线程可以同时在该类的同一实例上调用成员函数，则任何线程都可以在可重入类的实例上调用成员函数。 例如，下面的Counter类是可重入的：

class Counter
{
public:
    Counter() { n = 0; }

    void increment() { ++n; }
    void decrement() { --n; }
    int value() const { return n; }

private:
    int n;
};

该类不是线程安全的，因为如果多个线程尝试修改数据成员n，则结果是不确定的。 这是因为++和-运算符并不总是原子的。 实际上，它们通常扩展为三个机器指令：

将变量的值加载到寄存器中。 1、递增或递减寄存器的值。 2、将寄存器的值存储回主存储器。 3、如果线程A和线程B同时加载变量的旧值，增加它们的寄存器并存储回去，它们最终将互相覆盖，并且变量仅增加一次！

线程安全

显然，访问必须序列化：线程A必须执行1、2、3步骤（在原子上不中断），线程B才能执行相同的步骤； 或相反亦然。 使类成为线程安全的一种简单方法是使用QMutex保护对数据成员的所有访问：

class Counter
{
public:
    Counter() { n = 0; }

    void increment() { QMutexLocker locker(&mutex); ++n; }
    void decrement() { QMutexLocker locker(&mutex); --n; }
    int value() const { QMutexLocker locker(&mutex); return n; }

private:
    mutable QMutex mutex;
    int n;
};

QMutexLocker类自动将互斥锁锁定在其构造函数中，并在函数结束时在调用析构函数时将其解锁。 锁定互斥锁可确保对来自不同线程的访问进行序列化。 互斥锁数据成员使用mutable声明，因为我们需要在value()中锁定和解锁互斥锁，这是一个const函数。

关于Qt类的注意事项

许多Qt类是可重入的，但它们不是线程安全的，因为使它们成为线程安全的会导致反复锁定和解锁QMutex的额外开销。 例如，QString是可重入的，但不是线程安全的。 您可以安全地同时从多个线程访问QString的不同实例，但是不能安全地同时从多个线程访问QString的同一实例（除非您用QMutex保护自己的访问）。

一些Qt类和函数是线程安全的。 这些主要是与线程相关的类（例如QMutex）和基本函数（例如QCoreApplication::postEvent()）。

注意：多线程域中的术语尚未完全标准化。 POSIX使用可重入和线程安全的定义，这些定义对其C API有所不同。 当将其他面向对象的C ++类库与Qt一起使用时，请确保了解定义。

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