Qt-系统相关(2)多线程网络

Qt多线程

在 Qt 中，多线程的处理⼀般是通过 QThread类来实现。

QThread 代表⼀个在应⽤程序中可以独⽴控制的线程，也可以和进程中的其他线程共享数据。

QThread 对象管理程序中的⼀个控制线程。

QThread 常⽤ API：

使用线程

关于创建线程的步骤：

1. ⾃定义⼀个类，继承于 QThread，并且只有⼀个线程处理函数(和主线程不是同⼀个线程)，这个线程处理函数主要就是重写⽗类中的 run() 函数。

2. 线程处理函数⾥⾯写⼊需要执⾏的复杂数据处理；

3. 启动线程不能直接调⽤ run() 函数，需要使⽤对象来调⽤ start() 函数实现线程启动；

4. 线程处理函数执⾏结束后可以定义⼀个信号来告诉主线程；

5. 最后关闭线程。

用多线程实现定时器功能

创建一个新的类：

记得勾选下面的 add Q_OBJECT

然后重写这个类的run函数

也定义了一个信号

然后在Widget构造函数中初始化，还有定义槽函数

执行结果：

关于这个start函数，这个才是真正调用系统API创建线程，新的线程创建出来后，会自动的执行run函数。

可以使用一个wait，让一个线程等待另一个线程的结束。

另外之前也说过，只有主线程才能针对界面的控件进行状态的修改。

理解Qt的多线程

我们之前学过的多线程，是站在服务器的角度上来看待的，对于服务器来说：多线程最主要的目的就是要充分利用多核CPU的计算资源。

而对于客户端来说，多线程仍然非常有意义，但是与服务器的侧重点不同。

对于普通用户来说，“使用体验”是非常重要的话题。

客户端上的程序很少会使用多线程把计算资源吃完。

相比之下，客户端的多线程主要是通过多线程的方式来执行一些耗时的IO操作，这样可以避免主线程被卡死，造成不好的用户体验。比如我们用迅雷下载文件，当文件很大，要20分钟才能下载完，那么在下载的过程中，用户的界面不可能得一直阻塞住吧?

因此，我们可以使用一个单独的新线程来处理这种IO密集的操作。

线程安全问题

谈到线程，始终绕不开的就是线程安全问题。

在Qt中实现线程互斥和同步常⽤的类有：

互斥锁：QMutex、QMutexLocker

•

条件变量：QWaitCondition

•

信号量：QSemaphore

•

读写锁：QReadLocker、QWriteLocker、QReadWriteLock

简单使用互斥锁

场景：两个线程对一个变量进行++，每个线程执行5000次。

重写run函数

初始化操作

结果：

对于Qt的互斥锁

条件变量

在 Qt 中，专⻔提供了 QWaitCondition类来解决像上述这样的问题。

特点：QWaitCondition 是 Qt 框架提供的条件变量类，⽤于线程之间的消息通信和同步。

使用示例：

QMutex mutex;
QWaitCondition condition;
//在等待线程中
mutex.lock();
//检查条件是否满⾜，若不满⾜则等待
while (!conditionFullfilled()) 
{
 condition.wait(&mutex); //等待条件满⾜并释放锁
}
//条件满⾜后继续执⾏
//...
mutex.unlock();
//在改变条件的线程中
mutex.lock();
//改变条件
changeCondition();
condition.wakeAll(); //唤醒等待的线程
mutex.unlock();

信号量

特点：QSemaphore 是 Qt 框架提供的计数信号量类，⽤于控制同时访问共享资源的线程数量。

⽤途：限制并发线程数量，⽤于解决⼀些资源有限的问题。

示例：

QSemaphore semaphore(2); //同时允许两个线程访问共享资源
//在需要访问共享资源的线程中
semaphore.acquire(); //尝试获取信号量，若已满则阻塞
//访问共享资源
//...
semaphore.release(); //释放信号量
//在另⼀个线程中进⾏类似操作

Qt网络

和多线程类似, Qt 为了⽀持跨平台, 对⽹络编程的 API 也进⾏了重新封装

在进⾏⽹络编程之前, 需要在项⽬中的 .pro ⽂件中添加 network 模块.

添加之后要⼿动编译⼀下项⽬, 使 Qt Creator 能够加载对应模块的头⽂件.

UDP Socket

主要的类有两个. QUdpSocket 和 QNetworkDatagram

QUdpSocket 表⽰⼀个 UDP 的 socket ⽂件。

QNetworkDatagram 表⽰⼀个 UDP 数据报

UDP回显服务器

一般一个正经的服务器是很少会带有图形化界面的，一般都是命令行。

服务器部分

用一个listWidget来显示信息

初始化部分：

主要执行逻辑：

客户端部分

界面部分

初始化代码：

按钮对应的槽函数实现：

再次修改Widget构造函数，通过信号槽来处理服务器的响应

用lambda表达式的方式

客户端演示：

服务器演示：

我们也可以启动多个客户端向服务器发起请求。

关于这里面的一些细节

在传参的时候关于什么时候用引用类型，什么时候用值类型：

大的原则上是尽量使用引用类型。

但是有些时候，比如不同类型相互转换的时候，大概率使用值类型

两个问题：

这个Udp服务器是否能放到Linux云服务上呢？

大概率不行。这取决于这个云服务器是否安装了图形化界面，Qt程序需要依赖图形化界面来运行。

能否用现在的Udp客户端连接云服务器上linux的Udp服务器？

是可以的。

一般的商业公司都不会用Qt编写服务器，但是会用Qt编写客户端。

TCPSocket

核⼼类是两个: QTcpServer 和 QTcpSocket

QTcpServer ⽤于监听端⼝, 和获取客⼾端连接.

关于QTcpServer：

QTcpSocket ⽤⼾客⼾端和服务器之间的数据交互

关于QTcpSocket：

QByteArray ⽤于表⽰⼀个字节数组. 可以很⽅便的和 QString 进⾏相互转换.

例如:

•

使⽤ QString 的构造函数即可把 QByteArray 转成 QString.

•

使⽤ QString 的 toUtf8 函数即可把 QString 转成 QByteArray

TCP回显服务器

服务器部分

初始化：

处理新连接的槽函数：

这里跟UDP就有明显不同了，主要是对连接的处理

void Widget::processConnection()
{
    // 注意和UDP的区别
    // 1.先获取新连接对应的socket
    QTcpSocket* clientSocket = server->nextPendingConnection();
    // 构建日志
    QString log = "客户端:" + clientSocket->peerAddress().toString() + ":" + QString::number(clientSocket->peerPort()) + "上线了";
    ui->listWidget->addItem(log);

    // 2.设置连接可读就绪的槽函数
    connect(clientSocket,&QTcpSocket::readyRead,clientSocket,[=](){
        // 读取请求
        QString request = clientSocket->readAll();
        // 构建响应
        QString response = prase(request);
        // 返回响应
        clientSocket->write(response.toUtf8());

        // 打印日志
        QString log = "客户端:" + clientSocket->peerAddress().toString() + ":" + QString::number(clientSocket->peerPort()) + " 说: " + response;
        ui->listWidget->addItem(log);
    });

    // 3.设置连接断开时的槽函数
    connect(clientSocket,&QTcpSocket::disconnected,clientSocket,[=](){
        // 打印日志
        QString log = "客户端:" + clientSocket->peerAddress().toString() + ":" + QString::number(clientSocket->peerPort()) + "下线了";
        ui->listWidget->addItem(log);
        clientSocket->deleteLater(); // 下一个事件循环再删除
    });
}

QString Widget::prase(QString &str)
{
    return str;
}

客户端部分

客户端界面：

初始化：

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    this->setWindowTitle("Tcp客户端");

    socket = new QTcpSocket(this);

    socket->connectToHost(ip,port); // 和服务器建立连接

    // 等待连接是否出错
    if(!socket->waitForConnected())
    {
        QMessageBox::critical(this,"连接出错",socket->errorString());
        exit(1);
    }

    // 处理连接可读就绪槽函数
    connect(socket,&QTcpSocket::readyRead,socket,[=](){
        QString response = socket->readAll();
        // 这里省略了解析过程
        QString log = "服务器说: " + response;
        ui->listWidget->addItem(log);
    });
}

按钮槽函数的设计

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    QString text = ui->lineEdit->text();
    if(text.isEmpty()) return;
    ui->lineEdit->clear();
    socket->write(text.toUtf8());
    // 打印日志
    QString log = "客户端说: " + text;
    ui->listWidget->addItem(log);
}

演示效果：

服务器：

这里也是支持多个客户端同时连接的。

客户端：

服务器能发送响应，客户端也能接收响应。

关于这里的一些细节

在TCP服务器处理请求这里，还是不够严谨的，因为TCP是字节流传输的，所以会存在数据“粘包”问题，这里我们并没有对其进行处理。这里严谨的做法应该是：将数据放到一个大的接收缓冲区中，然后约定好应用层协议的格式（报文定长，特殊字符等等）。

关于服务器那里，对于每一个客户端上线时，都会创建一个socket，随着客户端越来越多，如果这个socket不释放的话，就会造成内存泄漏，还有更严重的文件描述符泄漏。

我们可以通过delete手动释放，但是我们要考虑这个delete一定得被执行到，不会被return 异常这些情况而导致没有执行到。

Qt给了一种“半自动”的垃圾回收机制，

上述这个操作，不是立即销毁clientSocket，而是告诉Qt在下一轮事件循环中，再进行上述的销毁操作。

HTTP Client

Qt提供了HTTP客户但，但是没有提供HTTP服务器的库。

原因也很简单，一个正经的服务器是不需要图形化界面的，也就是不会用Qt来开发。

HTTPClient关键类主要是三个. QNetworkAccessManager , QNetworkRequest , QNetworkReply

QNetworkAccessManager 提供了 HTTP 的核⼼操作：

QNetworkRequest 表⽰⼀个 HTTP 请求(不含 body)：

如果需要发送⼀个带有 body 的请求(⽐如 post), 会在 QNetworkAccessManager 的 post ⽅法

中通过单独的参数来传⼊ body

其中的 QNetworkRequest::KnownHeaders 是⼀个枚举类型, 常⽤取值:

QNetworkReply 表⽰⼀个 HTTP 响应. 这个类同时也是 QIODevice 的⼦类：

此外, QNetworkReply 还有⼀个重要的信号 finished 会在客⼾端收到完整的响应数据之后触发

发送get请求

客户端界面：

这里我们以请求百度首页为例，得到的响应大概率是一个HTML格式的文件，这里我们的QplainTextEdit可以看到响应原始的模样。而QTextEdit天然会对HTML进行解析。

初始化：

slot槽函数

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    QUrl url = ui->lineEdit->text();
    if(url.isEmpty()) return;
    ui->lineEdit->clear();
    // 构建http请求对象
    QNetworkRequest request(url);
    // 获取http请求响应
    QNetworkReply* response =  manager->get(request);
    // 构建槽函数来处理响应
    connect(response,&QNetworkReply::finished,response,[=](){
        if(response->error() == QNetworkReply::NoError)
        {
            // 响应正确
            QString html = response->readAll();
            ui->plainTextEdit->setPlainText(html);
        }
        else
        {
            // 响应出错
            ui->plainTextEdit->setPlainText(response->errorString());
        }
        response->deleteLater(); // 记得销毁
    });
}

运行结果：

发送 POST 请求代码也是类似. 使⽤ manager->post() 即可

Qt音频

这里简单介绍一下Qt的音频

在 Qt 中，⾳频主要是通过 QSound 类来实现。但是需要注意的是 QSound 类只⽀持播放 wav 格式的⾳频⽂件。也就是说如果想要添加⾳频效果，那么⾸先需要将⾮wav格式的⾳频⽂件转换为 wav 格式。

另外：使⽤ QSound 类时，需要添加模块：multimedia

它的核心API就一个：

先准备一个.wav格式的音频，然后可以用qrc管理起来。

示例：

#include <QSound> //添加⾳频头⽂件
Widget::Widget(QWidget *parent)
 : QWidget(parent)
 , ui(new Ui::Widget)
{
 ui->setupUi(this);
 QSound *sound = new QSound(":/1.wav",this); //实例化对象
 connect(ui->btn,&QPushButton::clicked,[=](){
 
 sound->play(); //播放
 
 });
}