Qt多线程编程：并行与异步

# 1. 引言

## 1.1 什么是多线程编程

多线程编程是指在一个进程中同时执行多个线程，每个线程拥有自己的指令序列、数据栈和局部变量，但共享进程的其他资源。多线程编程可以提高程序的响应性和并发性。

## 1.2 为什么需要多线程编程

在单核处理器的时代，多线程编程主要用于提高程序的并发性，增加程序运行的效率。而在多核处理器的时代，多线程编程除了提高并发性和效率外，还能更好地利用硬件资源，充分发挥多核处理器的计算能力。

## 1.3 Qt中的多线程编程概述

Qt是一个跨平台的C++应用程序开发框架，提供了丰富的多线程编程支持。Qt中的多线程编程主要通过QThread类、QRunnable接口和QThreadPool线程池来实现。此外，Qt还提供了灵活的信号与槽机制和事件循环机制，用于支持多线程之间的通信和异步编程。

通过Qt的多线程编程功能，开发者可以方便地实现高效、可靠的多线程应用程序。在接下来的章节中，我们将详细介绍并行与并发的概念、Qt中的多线程编程基础、信号与槽机制、异步编程与事件循环等内容，帮助读者深入理解和应用Qt多线程编程。

# 2. 并行与并发

### 2.1 并行与并发的定义

并行（Parallelism）和并发（Concurrency）是多线程编程中的两个重要概念，虽然它们表面上有些相似，但实际上含义有所不同。

并行是指多个任务同时执行，各自独立且同时进行。在并行计算中，多个线程或进程在同一时刻执行不同的任务，它们之间可以相互通信和协调。

并发是指多个任务交替执行，共享资源且按照某种调度策略切换执行。在并发计算中，多个线程或进程按照一定的顺序轮流执行，它们之间可以交换信号和数据。

### 2.2 并行与并发的区别

并行与并发之间的区别主要体现在以下几个方面：

1. 执行方式：并行是多个任务同时执行，各自独立；并发是多个任务交替执行，共享资源。

2. 执行环境：并行通常需要多个处理器或多核处理器的支持；并发只需要在单个处理器或核心上进行调度和切换。

3. 任务间通信：并行任务之间通信相对简单，可以直接访问共享内存；并发任务之间通信较为复杂，需要采用一些并发编程模型来实现。

### 2.3 Qt中的并行与并发支持

Qt作为一个跨平台的GUI开发框架，提供了丰富的并行与并发支持。它通过多线程编程模块来实现并行与并发的功能。

在Qt中，可以使用QThread类来创建和管理线程，利用多个线程实现并行计算；同时，Qt还提供了QRunnable接口和QThreadPool线程池，方便开发者实现并发任务的调度和执行。

除了基本的多线程支持外，Qt还提供了信号与槽机制来实现线程间的通信，以及事件循环机制来实现异步编程。这些功能在Qt的多线程编程中起到了重要的作用。

# 3. Qt多线程编程基础

在本章中，我们将深入探讨Qt中多线程编程的基础知识，并介绍QThread类的使用、QRunnable接口的实现以及QThreadPool线程池的应用。

#### 3.1 QThread类的使用

QThread类是Qt中用于多线程编程的核心类之一，它提供了创建和管理线程的功能。以下是一个简单的示例，演示了如何在Qt中使用QThread类创建一个简单的线程：

import sys
from PyQt5.QtCore import QThread, QTimer, QObject, pyqtSignal, pyqtSlot
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QLabel

class MyThread(QThread):
    threadSignal = pyqtSignal(str)

    def run(self):
        self.threadSignal.emit("Thread started")
        self.msleep(3000) # 模拟耗时操作
        self.threadSignal.emit("Thread finished")

class MainWindow(QObject):
    def __init__(self, label):
        self.label = label
        self.thread = MyThread()
        self.thread.threadSignal.connect(self.on_thread_signal)
    def on_thread_signal(self, message):
        self.label.setText(message)

def main():
    app = QApplication(sys.argv)
    label = QLabel("Waiting for thread status")
    label.show()
    window = MainWindow(label)
    window.thread.start()
    sys.exit(app.exec_())

if __name__ == '__main__':
    main()

在上面的示例中，我们创建了一个自定义的MyThread类，继承自QThread，然后在其中重写了run方法来实现自定义线程的逻辑。在MainWindow中，我们创建了一个QLabel用于显示线程状态，并在构造函数中初始化了MyThread实例，并连接了其threadSignal信号到槽函数on_thread_signal。当线程启动后，会发送"Thread started"消息，然后经过3秒钟的等待之后发送"Thread finished"消息，MainWindow中的槽函数会接收到这些消息，并更新界面状态。

#### 3.2 QRunnable接口的实现

除了使用QThread类外，Qt还提供了QRunnable接口，通过实现这个接口可