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关于Qt在子线程中使用通讯时发生无法接收数据的情况

article 2024/9/20 12:19:49

在多线程应用中，串口通讯或TCP通讯的场景常常涉及到持续的读写操作，如果子线程处理不当，可能会导致信号阻塞问题。本文将通过串口通讯或TCP通讯为例，详细解释如何在多线程环境中避免信号阻塞，并提供代码示例。

1. 问题背景

假设我们在一个应用程序中使用多线程处理串口或TCP通讯，通常会在子线程中实现持续的数据读取。为了确保实时处理数据，常见的做法是在子线程的 run() 方法中使用 while 循环。然而，如果没有正确处理事件循环，子线程可能会出现无法接收信号或阻塞的现象。

串口或TCP通讯的基本结构

通常，串口或TCP通讯的流程如下：

子线程负责监听串口或TCP端口，接收数据。
主线程通过信号槽机制向子线程发送控制命令。
子线程接收到命令后执行相应操作，并将结果通过信号传回主线程。

2. 常见信号阻塞现象

在没有处理事件循环的情况下，子线程执行如下代码：

示例：阻塞信号的串口通讯

class SerialThread : public QThread {
    Q_OBJECT
public:
    SerialThread() {
        // 连接信号和槽
        connect(this, &SerialThread::dataReceived, this, &SerialThread::handleData);
    }

signals:
    void dataReceived(const QByteArray &data); // 数据接收信号

public slots:
    void handleData(const QByteArray &data) {
        qDebug() << "Data received in thread:" << data;
    }

protected:
    void run() override {
        QSerialPort serial;  // 假设使用Qt的QSerialPort类
        serial.setPortName("COM1");
        serial.setBaudRate(QSerialPort::Baud115200);
        if (!serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {
            qDebug() << "Failed to open serial port!";
            return;
        }

        while (true) {
            if (serial.waitForReadyRead(1000)) { // 等待数据到来
                QByteArray data = serial.readAll();
                emit dataReceived(data); // 发出数据接收信号
            }
        }
    }
};

问题分析：

在上述代码中，子线程通过 while 循环不断监听串口数据，数据到达时发出 dataReceived 信号。然而，由于线程在 while 循环中没有进入事件循环，其他信号（例如来自主线程的控制命令）可能无法被处理，导致信号阻塞。

示例：阻塞信号的TCP通讯

class TcpThread : public QThread {
    Q_OBJECT
public:
    TcpThread() {
        connect(this, &TcpThread::messageReceived, this, &TcpThread::handleMessage);
    }

signals:
    void messageReceived(const QString &message); // 接收TCP消息的信号

public slots:
    void handleMessage(const QString &message) {
        qDebug() << "Message received in thread:" << message;
    }

protected:
    void run() override {
        QTcpSocket socket;
        socket.connectToHost("127.0.0.1", 8080);
        if (!socket.waitForConnected(3000)) {
            qDebug() << "Failed to connect!";
            return;
        }

        while (true) {
            if (socket.waitForReadyRead(1000)) {
                QString message = socket.readAll();
                emit messageReceived(message); // 发出消息接收信号
            }
        }
    }
};

这里的问题与串口通讯类似，while 循环导致线程无法进入事件循环，可能会阻塞信号的处理。

3. 使用 `QEventLoop` 解决信号阻塞问题

为了避免信号阻塞，我们可以在 while 循环中使用 QEventLoop。这种方式确保了线程在执行任务的同时，仍然能够处理来自其他对象的信号。

示例：使用 `QEventLoop` 的串口通讯

class SerialThread : public QThread {
    Q_OBJECT
public:
    SerialThread() {
        connect(this, &SerialThread::dataReceived, this, &SerialThread::handleData);
    }

signals:
    void dataReceived(const QByteArray &data);

public slots:
    void handleData(const QByteArray &data) {
        qDebug() << "Data received in thread:" << data;
    }

protected:
    void run() override {
        QSerialPort serial;
        serial.setPortName("COM1");
        serial.setBaudRate(QSerialPort::Baud115200);
        if (!serial.open(QIODevice::ReadWrite)) {
            qDebug() << "Failed to open serial port!";
            return;
        }

        QEventLoop eventLoop;
        while (true) {
            if (serial.waitForReadyRead(1000)) {
                QByteArray data = serial.readAll();
                emit dataReceived(data); // 发出信号
            }

            // 每次等待任务时启动局部事件循环
            QTimer::singleShot(10, &eventLoop, &QEventLoop::quit);
            eventLoop.exec();  // 进入事件循环以处理信号
        }
    }
};

示例：使用 `QEventLoop` 的TCP通讯

class TcpThread : public QThread {
    Q_OBJECT
public:
    TcpThread() {
        connect(this, &TcpThread::messageReceived, this, &TcpThread::handleMessage);
    }

signals:
    void messageReceived(const QString &message);

public slots:
    void handleMessage(const QString &message) {
        qDebug() << "Message received in thread:" << message;
    }

protected:
    void run() override {
        QTcpSocket socket;
        socket.connectToHost("127.0.0.1", 8080);
        if (!socket.waitForConnected(3000)) {
            qDebug() << "Failed to connect!";
            return;
        }

        QEventLoop eventLoop;
        while (true) {
            if (socket.waitForReadyRead(1000)) {
                QString message = socket.readAll();
                emit messageReceived(message); // 发出信号
            }

            QTimer::singleShot(10, &eventLoop, &QEventLoop::quit);
            eventLoop.exec(); // 进入事件循环以处理信号
        }
    }
};