QT下多線程調用TCP的問題及可能的解決方案

背景：在上一篇博文https://www.cnblogs.com/yuanwebpage/p/12638001.html中結尾時，提到QT下所有IO類都不允許跨線程調用，這極大增加了編程難度。本文接着上一篇，主要討論當套接字與UI線程不在同一線程時，如何使TCP的收發實時。

1. 能否跨線程調用TCP套接字？

　　對於TCP通信，一個常見的操作就是讀寫分開，即讀寫分別在不同線程中執行，這樣實現實時全雙工通信，那么在QT中能否實現讀寫線程分開呢？理論上將是不可以的，但是實際操作發現能實現(會有錯誤警告)。

　　這涉及到信號和槽的連接方式。通常QT的信號和槽有三種常用的連接方式：

(1) Qt::AutoConnection：QT默認連接方式。當信號接收方與信號發送方在同一線程時，等價於Qt::DirectConnection；否則等價於Qt::QueuedConnection。

(2) Qt::DirectConnection: 當信號被發送后，槽函數立即執行。這對於實時通信意義重大，如UI界面發送TCP消息之后，需要實時等待TCP響應以進行不同的操作，這種連接方式就能保證TCP能立即發送消息。

(3) Qt::QueuedConnection: 當信號發送時，對應的槽函數加入到槽函數所在線程事件處理隊列中，等待執行。

對於Qt::DirectConnection連接，有一個默認屬性：當信號和槽不在同一個線程時，槽函數不會在槽函數所在線程執行，而是會在在信號發送的線程執行(具體細節見QT官方文檔)。這就為不同線程調用TCP套接字提供了可能，以上一篇(鏈接見開題頭)的程序為基礎，又添加了TCP發送功能，點擊按鈕，需要將對應消息實時發送出去，界面如下：

                   

　　其他部分不變，在上一篇文章的基礎上添加了輸入框和發送按鈕。由於TCP所在線程主循環一直調用TCP接收消息，所以點擊按鈕發送消息時，子線程一直忙碌，並不會響應，所以此時我希望UI線程來發送消息。對上一篇文章TcpMoveToThread類構造函數稍加修改：

TcpMoveToThread::TcpMoveToThread(QObject* parent)
{
    m_tcp.moveToThread(&m_thread); //加入到子線程

    connect(&m_thread,&QThread::started,&m_tcp,&TcpModel::tcpWork); //一旦線程開始，就調用接收Tcp的函數
    connect(&m_tcp,&TcpModel::dataRecved,this,&TcpMoveToThread::dataChangedSlot);
    connect(&m_thread,&QThread::finished,&m_tcp,&TcpModel::tcpClose); //線程結束時關閉socket，刪除申請內存

    //直接連接槽函數
    connect(this,&TcpMoveToThread::senddataSignal,&m_tcp,&TcpModel::tcpSendMsgSlot,Qt::DirectConnection);

    m_thread.start(); //開啟子線程
}

紅色部分是修改部分，即采用了Qt::DirectConnection。由於信號發送方在UI線程，接收方在TCP子線程，所以此時調用的槽函數不會在子線程中執行，而是直接在UI線程執行，這樣收發在不同線程，都能實時響應。這種做法雖然沒有影響收發效果，但是每次會提示Socket notifiers cannot be enabled or disabled from another thread，從提示結果就能看出這是跨線程調用TCP造成的。這種提示的后果未知(因為程序仍能正常運行)。

2. 如何優化設計

　　雖然1所介紹的方案能實現功能，但是畢竟出現錯誤提示，不知道會造成何種后果。所以最好還是不采用以上方式。那么對於TCP的收發，如何做到實時響應呢？

　　造成1中的程序原因是在TCP子線程一直循環接收TCP數據，這種操作是非常不明智的。為了讓TCP子線程空閑，只在收發數據時運行，可以將TCP接收也改為信號和槽的形式。TCP收到消息時，會發送信號QTcpSocket::readyRead，通過該信號與TCP接收綁定，就不用在子線程中循環調用TCP接收函數了。改造后的tcpmodel如下：

//tcpmodel.h

#ifndef TCPMODEL_H
#define TCPMODEL_H
#include <QTcpSocket>
#include <QThread>
#include <QTimer>

class TcpModel:public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    TcpModel(QObject* parent=nullptr);

    QString sendmsg;

signals:
    void dataRecved(QString data);  //通知TcpMoveToThread類,數據接收

public slots:
    void tcpWork();
    void tcpClose();
    void tcpSendMsgSlot(QString msg);
    void tcpRecvSlot();  //接收消息的槽函數


private:
    QTcpSocket* m_socket;
    QString msg;
};

//將TcpModel在QML初始化時移入到子線程
class TcpMoveToThread: public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_PROPERTY(QString m_data MEMBER m_data)
public:
    TcpMoveToThread(QObject* parent=nullptr);
    ~TcpMoveToThread();

signals:
    void dataChanged();   //用於通知QML應用，數據接收到
    void senddataSignal(QString msg);  //發送數據的信號


public slots:
    void dataChangedSlot(QString msg);


private:
    QThread m_thread;
    TcpModel m_tcp;
    QString m_data;  //保存接收數據
};

#endif // TCPMODEL_H


//tcpmodel.cpp
#include "tcpmodel.h"
#include <QObject>

TcpModel::TcpModel(QObject* parent)
{
}

void TcpModel::tcpWork()
{
    m_socket=new QTcpSocket();
    m_socket->connectToHost("127.0.0.1",8000);
    connect(m_socket,&QTcpSocket::readyRead,this,&TcpModel::tcpRecvSlot); //連接TCP接收槽函數
}

void TcpModel::tcpClose()
{
    m_socket->close();
    delete m_socket;
}

void TcpModel::tcpSendMsgSlot(QString msg)
{
    m_socket->write(msg.toLocal8Bit(),msg.toLocal8Bit().length());
    m_socket->waitForBytesWritten();
}

void TcpModel::tcpRecvSlot()
{
    if(m_socket->bytesAvailable()>0)
    {
        QByteArray res=m_socket->readAll();
        msg=QString::fromLocal8Bit(res.data());
        emit dataRecved(msg); //接收完成信號
    }
}



TcpMoveToThread::TcpMoveToThread(QObject* parent)
{
    m_tcp.moveToThread(&m_thread); //加入到子線程

    connect(&m_thread,&QThread::started,&m_tcp,&TcpModel::tcpWork); //一旦線程開始，就調用接收Tcp的函數
    connect(&m_tcp,&TcpModel::dataRecved,this,&TcpMoveToThread::dataChangedSlot);
    connect(&m_thread,&QThread::finished,&m_tcp,&TcpModel::tcpClose); //線程結束時關閉socket，刪除申請內存

    //直接連接槽函數，功能正常，但提示Socket notifiers cannot be enabled or disabled from another thread
    connect(this,&TcpMoveToThread::senddataSignal,&m_tcp,&TcpModel::tcpSendMsgSlot);

    m_thread.start(); //開啟子線程
}

TcpMoveToThread::~TcpMoveToThread()
{
    m_thread.exit();
    m_thread.wait();
}

void TcpMoveToThread::dataChangedSlot(QString msg)
{
    m_data=msg;
    emit dataChanged();
}

主要改動都用紅色標出了，特別注意：

第83行：QT的TCP通信默認都是異步的，所以即時調用了write和read函數，也可能不會立即進行讀寫，表現在程序中就是能立即執行槽函數，但TCP收發有明顯延遲（可以將83注釋掉，再看現象）。所以為了將異步改為同步，QT的TCP規定了以下函數：

waitForConnected() 等待鏈接的建立
waitForReadyRead() 等待新數據的到來
waitForBytesWritten() 等待數據寫入socket
waitForDisconnected() 等待鏈接斷開