QT 4: программирование GUI на С++ полностью

Когда программа выполняется, она выводит на консоль случайную последовательность из 100 000 букв «А», «С», «G» и «T» и затем завершает свою работу. Для того чтобы понять, что происходит на самом деле, мы можем отключить вывод указанной последовательности и вместо этого выводить на консоль букву «P» при генерации каждого байта первым потоком и букву «с» при чтении байта вторым потоком. И ради максимального упрощения ситуации мы можем использовать меньшие значения параметров DataSize и BufferSize.

Например, при выполнении программы, когда DataSize равен 10 и BufferSize равен 4, результат может быть таким: «PcPcPcPcPcPcPcPcPcPc». В данном случае поток—приемник считывает байты сразу по мере их формирования первым потоком; оба потока работают на одной скорости. В другом случае первый поток может заполнять буфер целиком еще до начала его считывания вторым потоком: «PPPPccccPPPPccccPPcc». Существует много других вариантов. Семафоры дают большую свободу действий планировщикам потоков в специфических системах, что позволяет им, изучив поведение потоков, выбрать подходящую политику планирования их работы.

Другой подход к решению проблемы синхронизации работы потока, формирующего данные, и потока, принимающего данные, состоит в применении классов QWaitCondition и QMutex. Класс QWaitCondition позволяет одному потоку «пробуждать» другие потоки, когда удовлетворяется некоторое условие. Этим обеспечивается более точное управление, чем путем применения только одних мьютексов. Чтобы показать, как это работает, мы переделаем пример с двумя потоками, используя условия ожидания.

const int DataSize = 100000;

const int BufferSize = 4096;

char buffer[BufferSize];

QWaitCondition bufferIsNotFull;

QWaitCondition bufferIsNotEmpty;

QMutex mutex;

int usedSpace = 0;

Кроме буфера мы объявляем два объекта QWaitCondition, один объект QMutex и одну переменную для хранения количества «использованных» байтов в буфере.

01 void Producer::run

02 {

03 for (int i = 0; i < DataSize; ++i) {

04 mutex.lock;

05 while (usedSpace == BufferSize)

06 bufferIsNotFull.wait(&mutex);

07 buffer[i % BufferSize] = "ACGT"[uint(rand) % 4];

08 ++usedSpace;

09 bufferIsNotEmpty.wakeAll;

10 mutex.unlock;

11 }

12 }

Работу потока, формирующего данные, мы начинаем с проверки заполнения буфера. Если он заполнен, мы ждем возникновения условия «буфер не заполнен». Когда это условие удовлетворяется, мы записываем один байт в буфер, увеличиваем на единицу usedSpace и возобновляем работу любого потока, ожидающего возникновения условия «буфер не пустой».

Мы используем мьютекс для контроля любого доступа к переменной usedSpace. Функция QWaitCondition::wait может принимать в первом своем аргументе заблокированный мьютекс, который она открывает перед блокировкой текущего потока и затем вновь блокирует его перед выходом.

В этом примере мы могли бы заменить цикл while

while (usedSpace == BufferSize)

bufferIsNotFull.wait(&mutex);

на инструкцию if:

if (usedSpace == BufferSize) {

mutex.unlock;

bufferIsNotFull.wait;

mutex.lock;

}

Однако это не будет правильно работать, как только мы станем использовать несколько потоков, формирующих данные, поскольку другой такой поток может захватить мьютекс сразу же после вызова функции wait и вновь отменить условие «буфер не заполнен».

01 void Consumer::run

02 {

03 for (int i = 0; i < DataSize; ++i) {

04 mutex.lock;

05 while (usedSpace == 0)

06 bufferIsNotEmpty.wait(&mutex);

07 cerr << buffer[i % BufferSize];

08 --usedSpace;

09 bufferIsNotFull.wakeAll;

10 mutex.unlock;

11 }

12 cerr << endl;

13 }

Поток—приемник работает в точности наоборот относительно первого потока: он ожидает возникновения условия «буфер не пустой» и возобновляет работу любого потока, ожидающего условия «буфер не заполнен».