Qt線程池QThreadPool的使用詳解

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一、目的

  現在所有的高性能服務器程序，幾乎都會使用到線程池技術，從而更好且有效的榨幹服務器性能。而創建並銷毀線程的過程勢必會消耗內存。而在日常開發中內存資源是及其寶貴的，所以QT 多線程之線程池QThreadPool就有很大用處瞭。它可以用來管理線程的優先順序，防止創建過多的線程，起到很好的管理作用。

二、最優線程數

  線程的創建和銷毀是有性能開銷的，當我們有少量業務需要處理時，我們可以放到線程中完成，甚至可以多開幾個線程並行處理。
那麼，問題來瞭，如果需要海量的數據處理，難道無休止的開線程下去嗎？

首先，要明白CPU的性能是有限的，每個線程好比一個處理時間片，多個線程之間切換處理，CPU線程上下文來回切換，這個也是需要消耗時間的。所以，物極必反，當線程數量到達一個點後，可能消耗在線程切換的時間，會大於實際線程處理業務的時間，這個可以想象的到。

那麼很容易明白：線程數並不是越多越好，而是某個范圍或者某個經驗值。

一般來講，我們可以認為，最佳性能線程數==CPU邏輯核心數量，比如CPU是4核8線程，那麼開8個線程可以達到性能最佳。
一般電腦是開啟超線程的，也就是4核可以模擬出8個邏輯核，故稱4核8線程。
QThreadPool線程池默認最大線程數，也是CPU邏輯Core的數量。
嚴格意義來講，最佳線程數還與處理業務類型有關，如業務屬於IO密集型、CPU密集型，根據經驗推斷：

  • IO密集型，頻繁讀取磁盤上的數據，或者需要通過網絡遠程調用接口。線程數經驗值是：2N，其中N代表CPU邏輯Core數；
  • CPU密集型，非常復雜的調用，循環次數很多，或者遞歸調用層次很深等。線程數經驗值是：N + 1，其中N代表CPU邏輯Core數。

三、線程池的原理

最佳性能線程數可以認為等於CPU邏輯核心數量N，所以我們設計程序，為瞭得到更好的性能，需要實現如下的需求：

  • 限制創建最大線程數量<=N；
  • 盡可能復用線程，避免頻繁創建和銷毀線程資源，降低無謂消耗；
  • 線程在空閑時，應該休息，避免占用CPU資源；
  • 線程在有業務需要處理時，需要激活；
  • 當業務來瞭，這N個線程如何分配；

上述問題，高度封裝的QThreadPool線程池可以解決。

線程池的優點：

  • 創建和銷毀線程需要和OS交互，少量線程影響不大，但是線程數量太大，勢必會影響性能，使用線程池可以這種開銷；
  • 線程池維護一定數量的線程，使用時，將指定函數傳遞給線程池，線程池會在線程中執行任務；
  • 線程池，屬於對象池，對象池都是為瞭復用，以避免頻繁申請和釋放對象所造成的性能損失。
  • 線程池創建好後，池內默認一個線程也沒有，當通過相關函數加入任務後，線程池根據任務數量會自動創建線程，任務會合理分配到各個線程上執行，但是線程總數量不會超過設定的最大值。
  • 若任務處理完畢，則池內所有線程進入掛起狀態，不占用CPU時間片，待任務再次到來，便會激活部分或全部線程，處理任務。
  • 若任務過多，當前沒有空閑的線程，則新增任務會被放置到緩存隊列中，等待線程空閑後，再進行處理，這樣，每個任務與線程可以有一個合理的分配，相當於實現瞭業務處理的負載均衡。故而可以以最好的性能來處理業務。

四、QThreadPool線程池

下面是QThreadPool的常用函數：

int activeThreadCount() const //當前的活動線程數量
 
void clear()//清除所有當前排隊但未開始運行的任務
 
int expiryTimeout() const//線程長時間未使用將會自動退出節約資源，此函數返回等待時間
 
int maxThreadCount() const//線程池可維護的最大線程數量
 
void releaseThread()//釋放被保留的線程
 
void reserveThread()//保留線程，此線程將不會占用最大線程數量，從而可能會引起當前活動線程數量大於最大線程數量的情況
 
void setExpiryTimeout(int expiryTimeout)//設置線程回收的等待時間
 
void setMaxThreadCount(int maxThreadCount)//設置最大線程數量
 
void setStackSize(uint stackSize)//此屬性包含線程池工作線程的堆棧大小。
 
uint stackSize() const//堆大小
 
void start(QRunnable *runnable, int priority = 0)//加入一個運算到隊列，註意start不一定立刻啟動，隻是插入到隊列，排到瞭才會開始運行。需要傳入QRunnable ，後續介紹
 
bool tryStart(QRunnable *runnable)//嘗試啟動一個
 
bool tryTake(QRunnable *runnable)//刪除隊列中的一個QRunnable，若當前QRunnable 未啟動則返回成功，正在運行則返回失敗
 
bool waitForDone(int?<i>msecs</i>?=?-1)//等待所有線程運行結束並退出，參數為等待時間-1表示一直等待到最後一個線程退出

QRunnable類：所有runable對象的基類。
QRunnable類是一個接口, 用於表示需要執行的任務或代碼段, 具體任務在run() 函數內部實現。可以使用QThreadPool在各個獨立的線程中執行代碼。如果autoDelete() 返回true (默認值), QThreadPool將自動刪除QRunnable 。使用setAutoDelete() 可更改是否自動刪除。
QThreadPool 是創建線程池函數，QRunnable是線程池的線程具體執行操作函數，兩者要搭配使用。

五、QThreadPool簡單示例

執行效果如下：

#include <QCoreApplication>
#include <QThreadPool>
#include <QDebug>

class Task1 : public QRunnable
{
public:
    Task1()
    { }
    virtual ~Task1() override
    {
        qDebug() << "~Task1()";
    }

    virtual void run() override
    {
        qDebug() << "do Task1 work:" << QThread::currentThreadId();
    }
};

class Task2 : public QRunnable
{
public:
    Task2()
    { }
    virtual ~Task2() override
    {
        qDebug() << "~Task2()";
    }

    virtual void run() override
    {
        qDebug() << "do Task2 work:" << QThread::currentThreadId();
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    Task1* task1 = new Task1();
    Task2* task2 = new Task2();

    QThreadPool threadPool;
    threadPool.start(task1);
    threadPool.start(task2);
    threadPool.waitForDone();

    return a.exec();
}

註意：
線程池使用時傳入繼承於的QRunnable類對象（並啟動該線程對象），並且線程池會自主釋放在其中的線程（提高程序性能），還能實現並發，提高效率；不過不能使用信號槽進行通信，需要使用QMetaObject::invokeMethod進行通信。

到此這篇關於Qt線程池QThreadPool的使用詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關Qt線程池QThreadPool內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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