Matarialize中文社区-Qt 并发模块：使用 QtConcurrent 进行并发操作，QFuture 与 QFutureWatcher 的应用

Qt 并发模块：使用 QtConcurrent 进行并发操作，QFuture 与 QFutureWatcher 的应用

~白~日~梦~~ 2024-11-30 09:20:16

49 并发,QtConcurrent,QFuture,QFutureWatcher 专栏

在现代应用程序中，如何高效地进行并发处理是一项至关重要的技能。Qt 提供了强大的并发模块 QtConcurrent，使得并发编程变得更加简洁和高效。通过 QtConcurrent，开发者可以轻松地实现任务的并行处理，避免阻塞主线程，提高程序的响应性与性能。

本文将详细介绍 QtConcurrent 模块的使用，探索如何通过 QFuture 和 QFutureWatcher 管理并发任务，如何使用任务队列和异步处理实现高效的并行计算。通过实例代码，帮助读者理解和掌握 QtConcurrent 的基本用法及实际应用场景。

一、QtConcurrent 模块概述

QtConcurrent 是 Qt 提供的一个并发编程模块，它封装了常见的并发任务操作，如任务的并行执行、异步操作、任务取消等。它支持将任务拆分为多个小任务并在多核 CPU 上并行执行，极大地提高了处理效率。

主要组件：

QtConcurrent::run：将任务放入并行队列执行。
QFuture：表示任务的结果或执行状态，允许跟踪任务的完成进度。
QFutureWatcher：用于观察 QFuture 对象的状态，并在任务完成时触发回调。

二、使用 `QtConcurrent` 进行并发操作

2.1 基本用法：`QtConcurrent::run` 执行任务

QtConcurrent::run 是最简单的并发操作方法。它将任务提交到并发队列，并返回一个 QFuture 对象，表示任务的执行状态。

示例代码：基本并发操作

#include <QCoreApplication>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>
#include <QDebug>

int longRunningTask(int x) {
    QThread::sleep(2);  // 模拟耗时操作
    return x * x;
}

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

    // 使用 QtConcurrent::run 执行耗时任务
    QFuture<int> future = QtConcurrent::run(longRunningTask, 5);

    // 等待任务完成并获取结果
    qDebug() << "Result: " << future.result();  // 输出结果

    return a.exec();
}

关键点说明：

QtConcurrent::run：该函数将 longRunningTask 函数作为任务执行，并将 5 作为参数传入。任务将在一个新线程中执行。
QFuture<int>：QFuture 对象表示任务的结果，开发者可以通过 result() 方法获取任务执行的返回值。

2.2 任务队列与并行执行

QtConcurrent 能够将任务划分为多个小任务并在不同的线程中并行执行。特别适合于大规模计算和多任务并行的场景。

示例代码：并行执行多个任务

#include <QCoreApplication>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>
#include <QDebug>

int longRunningTask(int x) {
    QThread::sleep(2);
    return x * x;
}

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

    // 创建多个任务，并行执行
    QList<int> tasks = {1, 2, 3, 4, 5};
    QFuture<int> future = QtConcurrent::map(tasks, longRunningTask);

    // 等待所有任务完成
    future.waitForFinished();

    // 获取任务的结果
    qDebug() << "Task results:";
    for (const auto &result : future.results()) {
        qDebug() << result;
    }

    return a.exec();
}

关键点说明：

QtConcurrent::map：map 方法接受一个列表并对每个元素执行相同的任务。任务会被分配到多个线程中并行执行。所有任务完成后，可以使用 results() 方法获取每个任务的返回值。
任务队列：QtConcurrent::map 是基于任务队列的并行执行方法，将每个任务分配给线程池中的线程并行处理。

三、`QFuture` 和 `QFutureWatcher` 的使用

QFuture 是一个表示并发任务结果的类，它不仅可以获取任务的返回值，还可以获取任务的执行进度和状态。QFutureWatcher 是一个用来观察 QFuture 状态变化的类，可以在任务完成时触发回调。

3.1 使用 `QFuture` 获取任务结果

QFuture 提供了以下几个重要的方法：

result()：获取任务的返回结果。
waitForFinished()：阻塞等待任务完成。
isFinished()：检查任务是否已完成。
progressValue()：获取任务的当前进度。

示例代码：使用 `QFuture` 获取任务进度

#include <QCoreApplication>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>
#include <QDebug>

int longRunningTask(int x) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        QThread::sleep(1);  // 模拟耗时操作
        qDebug() << "Task in progress, step:" << i;
    }
    return x * x;
}

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

    // 使用 QtConcurrent::run 执行任务
    QFuture<int> future = QtConcurrent::run(longRunningTask, 5);

    // 监控任务状态
    while (!future.isFinished()) {
        qDebug() << "Waiting for task to finish...";
        QThread::sleep(1);  // 休眠 1 秒，避免频繁查询
    }

    // 获取任务结果
    qDebug() << "Task result:" << future.result();

    return a.exec();
}

3.2 使用 `QFutureWatcher` 监听任务状态

QFutureWatcher 可以方便地在任务完成时进行回调操作，通常与信号与槽机制结合使用。

示例代码：使用 `QFutureWatcher` 监听任务完成

#include <QCoreApplication>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>
#include <QFutureWatcher>
#include <QDebug>

int longRunningTask(int x) {
    QThread::sleep(3);  // 模拟耗时操作
    return x * x;
}

void onFinished() {
    qDebug() << "Task finished!";
}

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

    QFutureWatcher<int> watcher;
    QObject::connect(&watcher, &QFutureWatcher<int>::finished, &onFinished);

    // 执行任务
    QFuture<int> future = QtConcurrent::run(longRunningTask, 10);
    watcher.setFuture(future);  // 设置任务的监视器

    return a.exec();
}

关键点说明：

QFutureWatcher：QFutureWatcher 对象用来监视任务的状态，在任务完成后触发 finished 信号。在回调函数中可以处理任务完成后的逻辑。
setFuture()：将 QFuture 对象与 QFutureWatcher 绑定，以便监视任务的执行。

四、任务队列和异步处理

4.1 任务队列

任务队列允许将多个任务按顺序添加到队列中，QtConcurrent 会自动调度这些任务在多个线程中执行。适合用于批量任务处理。

示例代码：任务队列的使用

#include <QCoreApplication>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>
#include <QDebug>

int processTask(int x) {
    QThread::sleep(2);
    return x * 2;
}

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

    // 创建任务队列
    QList<int> tasks = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用 QtConcurrent::mapped 加入任务队列
    QFuture<int> future = QtConcurrent::mapped(tasks, processTask);

    // 等待任务完成
    future.waitForFinished();

    qDebug() << "Processed results:";
    for (auto result : future.results()) {
        qDebug() << result;
    }

    return a.exec();
}