Qt篇: 多线程与UI组件的通信方式

GUI线程

GUI线程，也称为主线程，是Qt应用程序启动时默认创建的线程。它负责以下几个关键任务：

事件循环：GUI线程运行一个事件循环，处理用户输入、窗口事件、定时器事件以及其他信号和槽连接的事件；
UI组件管理：所有与界面相关的组件（如窗口、UI组件）都必须在GUI线程中创建、修改和销毁。GUI线程确保这些组件能够安全地响应用户输入和更新显示内容。

为什么UI组件只能在GUI线程中创建

无论是Qt还是.Net，我们都需要养成习惯性编程，GUI是专门渲染UI的，子线程处理所有繁琐的业务处理，而不能在子线程中更新UI。

线程不安全的图形库：大多数图形库（包括Qt内部使用的图形系统）并非线程安全的。如果多个线程同时操作同一个UI组件，可能会导致竞争条件和不一致状态。为了避免这些问题，Qt要求所有UI组件的操作必须在单一线程（即GUI线程）中进行；
事件处理：Qt的事件处理机制依赖于主线程的事件循环来传递和处理事件。如果UI组件不在GUI线程中，无法保证事件被正确处理，可能会导致界面无法响应用户操作；
跨线程访问：在Qt中，跨线程直接访问对象的成员（尤其是UI组件）是危险的，可能引发数据竞争。Qt提供了一些机制（如QMetaObject::invokeMethod和QThread::moveToThread）来安全地跨线程调用对象的方法，但直接操作UI组件仍然是被禁止的。

通信方式

通信方式有很多种，定时器更新、资源共享等，但是综合几种方式，还是信号槽和自定义事件是最优解。

通信一：信号与槽

这个方法应该是大家在项目中常用到的方式了，它允许对象之间通过发射信号和接收槽来进行松耦合的通信。搭建方法简单，且保证了线程安全。

在子线程类中定义界面组件的更新信号（signalUpdate）；
在界面类中定义更新界面组件的槽函数（onSetData）；
使用异步方式连接的方式进行信号与槽之间的绑定。

// MyThread.h
#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H

#include <QObject>
#include <QThread>

class MyThread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit MyThread(QObject *parent = nullptr);

protected:
    void run();

signals:
    void signalUpdateUI(QString);
};

#endif // MYTHREAD_H

// MyThread.cpp

#include "mythread.h"
#include <QWidget>

MyThread::MyThread(QObject *parent) : QThread(parent){}

void MyThread::run(){
    emit signalUpdateUI("MyThread run begin...");

    for(int i=0; i<7; i++) {
        emit signalUpdateUI(QString::number(i));
        sleep(1);
    }

    emit signalUpdateUI("MyThread run end...");
}

// Widaget.cpp 
// 绑定子线程的处理，并更新到QPlainTextEdit组件中

#include "widget.h"

Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent), m_pText(this)
{    
    m_pText.resize(200, 200);
    m_pText.move(10, 10);

    m_t.start();
    QObject::connect(&m_t, MyThread::signalUpdateUI, this, Widget::onSetData);
}

Widget::~Widget(){}

void Widget::onSetData(QString data){
    m_pText.appendPlainText(data);
}

通信二：自定义事件

通过自定义事件类来讲子线程处理的结果进行存储，然后在主线程通过事件处理event或eventFilter函数来处理事件存储的数据，整个过程虽然比信号槽方式繁琐，但是这种方式比较灵活，可以监控和拦截对象的事件。

创建自定义事件类来存储线程处理的数据；
使用postEvent()函数将该自定义事件类发送出去；
主界面重写事件处理函数event()或eventFilter()，实现对该事件类的处理或过滤。

使用自定义事件章节里的StringEvent类，在MyThread中通过postEvent方式发送事件，最后在Wigdet中进行事件处理，结果和使用信号槽方式一致：

// MyThread.cpp

#include "mythread.h"
#include <QWidget>
#include <QApplication>
#include "stringevent.h"

MyThread::MyThread(QObject *parent) : QThread(parent){}

void MyThread::run(){
    QApplication::postEvent(parent(), new StringEvent("MyThread run begin..."));

    for(int i=0; i<7; i++) {
        QApplication::postEvent(parent(), new StringEvent(QString::number(i)));
        sleep(1);
    }
    QApplication::postEvent(parent(), new StringEvent("MyThread run end..."));
}

// widget.cpp

#include "widget.h"
#include "stringevent.h"

Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent), m_pText(this)
{    
    m_pText.resize(200, 200);
    m_pText.move(10, 10);

    m_t.setParent(this);
    m_t.start();
}

Widget::~Widget(){}

bool Widget::event(QEvent *event) {
    if(event->type() == StringEvent::type) {
        StringEvent *strEvent = dynamic_cast<StringEvent*>(event);
        m_pText.appendPlainText(strEvent->data());
    }
    return QWidget::event(event);
}