Qt：当多个排队信号调用同一个槽时如何避免死锁

Question

在以下代码中，我遇到了someOperation 中的死锁：

class A : public QObject {
    Q_OBJECT
public:
    explicit A(QObject* parent) : QObject(parent), data(0) {}
public slots:
    void slot1() {
        someOperation();
    }
    void slot2() {
        someOperation();
    }
    void slot3() {
        someOperation();
    }
private:
    void someOperation() {
        QMutexLocker lk(&mutex);
        data++;
        QMessageBox::warning(NULL, "warning", "warning");
        data--;
        assert(data == 0);
    }
    int data;
    QMutex mutex; //protect data
};

class Worker: public QThread {
    Q_OBJECT
public:
    explicit Worker(QObject* parent) : QThread(parent) {}
protected:
    virtual void run() {
        // some complicated data processing
        emit signal1();
        // other complicated data processing
        emit signal2();
        // much complicated data processing
        emit signal3();
        qDebug() << "end run";
    }
signals:
    void signal1();
    void signal2();
    void signal3();

};

int main(int argc, char *argv[])
{
        QApplication app(argc, argv);
        A* a = new A(&app);
        Worker* w = new Worker(a);
        QObject::connect(w, SIGNAL(signal1()), a, SLOT(slot1()), Qt::QueuedConnection);
        QObject::connect(w, SIGNAL(signal2()), a, SLOT(slot2()), Qt::QueuedConnection);
        QObject::connect(w, SIGNAL(signal3()), a, SLOT(slot3()), Qt::QueuedConnection);
        w->start();

        return app.exec();
}

有一个线程会发出三个信号，它们都排队连接到A类的一个实例，并且所有A类的槽都会调用someOperation，someOperation被互斥锁保护，它会弹出一个消息框。

Qt::QueuedConnection 2 当控制返回到接收者线程的事件循环时调用槽。该槽在接收者的线程中执行。

当 slot1 的消息框在主线程中仍在执行模式时，似乎调用了 slot2，但当时 slot1 已锁定 mutex，所以死锁。

如何修改代码避免死锁？

更新：（2019 年 1 月 17 日）

我想要存档的是：在 slot1 完成之前不能执行 slot2。

应该保留的有：

1. worker是后台线程处理数据，耗时较长；所以，无论如何，这三个信号将从其他线程发出。
2. worker 不应通过发出信号来阻塞。
3. slots 应该在主线程中执行，因为它们会更新 GUI。
4. someOperation 不可重入。

Answer 1

"someOperation is not reentrant" 的要求是奇数。如果尝试重入会发生什么？鉴于someOperation 只能从main 线程调用，我只能看到两个选项...

1. 如您所尝试的那样，使用互斥锁/屏障等完全阻止。
2. 基于递归级别计数器进行阻塞并旋转事件循环，直到该计数器减至零。

1) 将阻塞线程的事件循环，完全阻止当前消息对话框正常运行。

2) 将同时允许所有消息对话框，而不是序列化它们。

与其试图让someOperation 不可重入，我认为您需要确保以不会导致重入的方式使用。

一种选择可能是在其自己的QThread 上使用单独的QObject 派生类实例。考虑以下...

class signal_serialiser: public QObject {
  Q_OBJECT;
signals:
  void signal1();
  void signal2();
  void signal3();
};

如果signal_serialiser 的一个实例被移动到它自己的线程中，它可以充当一个队列来缓冲和转发各种信号（如果使用了合适的连接类型）。在您当前的代码中...

QObject::connect(w, SIGNAL(signal1()), a, SLOT(slot1()), Qt::QueuedConnection);
QObject::connect(w, SIGNAL(signal2()), a, SLOT(slot2()), Qt::QueuedConnection);
QObject::connect(w, SIGNAL(signal3()), a, SLOT(slot3()), Qt::QueuedConnection);

把它改成...

signal_serialiser signal_serialiser;
QObject::connect(w, SIGNAL(signal1()), &signal_serialiser, SIGNAL(signal1()));
QObject::connect(w, SIGNAL(signal2()), &signal_serialiser, SIGNAL(signal2()));
QObject::connect(w, SIGNAL(signal3()), &signal_serialiser, SIGNAL(signal3()));

/*
 * Note the use of Qt::BlockingQueuedConnection for the
 * signal_serialiser --> A connections.
 */
QObject::connect(&signal_serialiser, SIGNAL(signal1()), a, SLOT(slot1()), Qt::BlockingQueuedConnection);
QObject::connect(&signal_serialiser, SIGNAL(signal2()), a, SLOT(slot2()), Qt::BlockingQueuedConnection);
QObject::connect(&signal_serialiser, SIGNAL(signal3()), a, SLOT(slot3()), Qt::BlockingQueuedConnection);
QThread signal_serialiser_thread;
signal_serialiser.moveToThread(&signal_serialiser_thread);
signal_serialiser_thread.start();

我只进行了基本测试，但它似乎给出了所需的行为。

Answer 2

那是因为你的函数void someOperation() 不是reentrant。

QMessageBox 的静态函数跨越自己的事件循环，它反复调用QCoreApplication::processEvents()：

1. someOperation() 的第一次调用在 QMessageBox::warning(...) 处被卡住。
2. 在那里，exec() 调用 processEvents()，3. 它看到了第二个信号
3. 并再次调用someOperation()
4. 尝试重新锁定 mutex 失败的地方。

如何解决这个问题取决于您想要实现的目标......

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关于您对QThread 的一般处理方法：You're doing it wrong.
（该链接为主题提供了一个良好的开端，但不是一个完整的解决方案。）

您创建并启动一个后台线程。但是那个线程只会发出三个信号然后结束。

插槽将在主 (GUI) 事件循环中调用，因为那是您的 A *a 的 thread affinity。

要让插槽在后台执行，您需要：

1. 创建没有父级的 A 实例：A *a = new A();
2. 以应用为父级创建您的 Worker 实例：Worker *w = new Worker(&app);（或什么都不带，至少不带 a）
3. 更改 A 实例的线程亲和性：a->moveToThread(Worker);
4. 不要覆盖Worker::run()，或者如果你真的想要（见第5点），调用基本实现：QThread::run();
5. 从 main 发出信号（您可以从 run() 发出它们，但这不是必需的）。