Qt：当多个排队信号调用同一个槽时如何避免死锁

Posted 2023-02-16

【中文标题】Qt：当多个排队信号调用同一个槽时如何避免死锁

【英文标题】：Qt: How to avoid deadlock when multiple queued signals invoke same slot

【发布时间】：2019-01-16 02:16:39

【问题描述】：

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：

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。 worker 不应通过发出信号来阻塞。 slots 应该在主线程中执行，因为它们会更新 GUI。 someOperation 不可重入。

【问题讨论】：

我会考虑是否可以在需要查询用户的代码行将后台操作分成两个槽。然后你会在前半部分结束时发出一个信号，这将在 GUI 线程中触发一个消息框对话框，你可以简单地将函数的后半部分连接到对话框的完成信号。

【参考方案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...

如您所尝试的那样，使用互斥锁/屏障等完全阻止。 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。

【参考方案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()：

someOperation() 的第一次调用在 QMessageBox::warning(...) 处被卡住。 在那里，exec() 调用 processEvents()，3. 它看到了第二个信号 并再次调用someOperation() 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......

---

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：

创建没有父级的 A 实例：A *a = new A(); 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） 更改 A 实例的线程亲和性：a->moveToThread(Worker); 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(); 从 main 发出信号（您可以从 run() 发出它们，但这不是必需的）。

【讨论】：

不幸的是，上述建议（如果我没看错的话）会导致QMessageBox::warning 调用在与main 关联的线程之外的线程上运行。 Qt 不支持。

@G.M.我在这里解决两个独立的问题。第一个是 QMessageBox::staticCall() 是死锁的原因。为了避免这种情况，我们需要知道 OP 想要 实现什么。第二点是QThread的错误使用。当然，解决第二个问题并不能解决第一个问题。

我不确定我是否同意导致僵局的原因。我怀疑真正的原因是线程试图重新锁定它已经拥有的non-recursive QMutex。我同意这个问题需要澄清。

@G.M.当然，死锁发生在重新锁定 QMutex 时。但这是因为someOperation() 的第一次调用的执行卡在QMessageBox::warning(...)，exec() 调用processEvents()，它看到第二个信号并再次调用someOperation()，尝试重新锁定失败。

好的，我很困惑，因为您的回答没有明确提到互斥锁是导致死锁的原因。