跨平臺開發框架Qt最新資訊：Qt6中的異步API

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Qt（發音為“ cute”，而不是“ cu-tee”）是一個跨平臺框架，通常用作圖形工具包，它不僅創建CLI應用程序中非常有用。而且它也可以在三種主要的臺式機操作系統以及移動操作系統（如Symbian，Nokia Belle，Meego Harmattan，MeeGo或BB10）以及嵌入式設備，Android（Necessitas）和iOS的端口上運行。現在我們為你提供了免費的試用版。趕快點擊下載Qt最新試用版吧>>

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 大家可能知道Qt提供了幾種多線程結構（線程，互斥體，等待條件等），以及更高級別的API，如QThreadPoolQt Concurrent和其他相關類。在本文中，我們將專注于更高級別的異步API和Qt 6中引入的更改。

Qt中更高級別的并發API

 Qt Concurrent通過消除對低級同步（基元，例如互斥鎖和鎖）的需求，并手動管理多個線程，使多線程編程變得更加容易。它為并行處理可迭代容器提供了映射，過濾和歸約算法（從功能編程中可以更好地了解）。此外，還有類QFuture，QFutureWatcher和，QFutureSynchronizer用于訪問和監視異步計算的結果。盡管所有這些都非常有用，但是仍然存在一些缺點，例如無法使用QFuture 在Qt Concurrent之外，缺乏對鏈接多個計算以簡化和簡潔代碼的支持，缺乏Qt Concurrent API的靈活性等。對于Qt 6，目前正在嘗試解決這些問題，并使Qt的多線程編程更加有趣 ！

將延續附加到QFuture

 多線程編程中的一種常見情況是運行異步計算，這又需要調用另一個異步計算并將數據傳遞給該異步計算，該異步計算依賴于另一個計算，依此類推。由于每個階段都需要上一個階段的結果，因此您需要等待（通過阻止或輪詢）直到上一個階段完成并使用其結果，或者以“回調”的方式構造代碼。這些選項都不是完美的：要么浪費資源等待時間，要么獲取復雜的無法維護的代碼。添加新的階段或邏輯（用于錯誤處理等）會進一步增加復雜性。

 為了更好地理解問題，讓我們考慮以下示例。假設我們要從網絡下載大圖像，對其進行一些繁重的處理，然后在我們的應用程序中顯示生成的圖像。因此，我們執行以下步驟：

• 發出網絡請求并等待，直到收到所有數據
• 根據原始數據創建圖像
• 處理圖像
• 展示下

對于每個需要依次調用的步驟，我們都有以下方法：

QByteArray download(const QUrl &url);
QImage createImage(const QByteArray &data);
QImage processImage(const QImage &image);
void show(const QImage &image);

我們可以使用QtConcurrent異步運行這些任務并QFutureWatcher監視進度：

void loadImage(const QUrl &url) {
    QFuture data = QtConcurrent::run(download, url);
    QFutureWatcher dataWatcher;
    dataWatcher.setFuture(data);
    
    connect(&dataWatcher, &QFutureWatcher ::finished, this, [=] {
        // handle possible errors
        // ...
        QImage image = createImage(data);
        // Process the image
        // ...
        QFuture processedImage = QtConcurrent::run(processImage, image);
        QFutureWatcher<QImage> imageWatcher;
        imageWatcher.setFuture(processedImage);

        connect(&imageWatcher, &QFutureWatcher::finished, this, [=] {
            // handle possible errors
            // ...
            show(processedImage);
        });
    });
}

 我們要添加到鏈中的步驟越多越難看。QFuture通過添加對通過QFuture::then()方法附加延續的支持，可以幫助解決此問題：

auto future = QtConcurrent::run(download, url)
            .then(createImage)
            .then(processImage)
            .then(show);

這無疑看起來要好得多！但是缺少一件事：錯誤處理。您可以執行以下操作：

auto future = QtConcurrent::run(download, url)
            .then([](QByteArray data) {
                // handle possible errors from the previous step
                // ...
                return createImage(data);
            })    
            .then(...)    
            ...

 這將起作用，但是錯誤處理代碼仍與程序邏輯混合在一起。另外，如果其中一個步驟失敗，我們可能也不想運行整個鏈。這可以通過使用QFuture::onFailed()方法來解決，該方法允許我們為每種可能的錯誤類型附加特定的錯誤處理程序：

auto future = QtConcurrent::run(download, url)
            .then(createImage)
            .then(processImage)
            .then(show)
            .onFailed([](QNetworkReply::NetworkError) {
                // handle network errors
            })
            .onFailed([](ImageProcessingError) {
                // handle image processing errors
            })
            .onFailed([] {
                // handle any other error
            });

 請注意，使用.onFailed()需要啟用異常類。如果任何步驟失敗并發生異常，則鏈會中斷，并調用與拋出的異常類型匹配的錯誤處理程序。

根據信號創建QFuture

 給定一個帶有signal 的QObject基于類，您可以通過以下方式將此用作Future類：MyObjectvoid mySignal(int)

QFuture intFuture = QtFuture::connect(&object, &MyObject::mySignal);

現在，您可以將延續，失敗或取消處理程序附加到最終的結果上。

 請注意，最終結果的類型與signal的自變量類型匹配。如果沒有參數，則 返回 QFuture<void>。如果有多個參數，則結果存儲在中std::tuple。

 讓我們回到圖像處理示例的第一步（即下載），以了解這在實踐中如何有用。有很多方法可以實現它，我們將使用QNetworkAccessManager來發送網絡請求并獲取數據：

QNetworkAccessManager manager;    
...

QByteArray download(const QUrl &url) {        
    QNetworkReply *reply = manager.get(QNetworkRequest(url));
    QObject::connect(reply, &QNetworkReply::finished, [reply] {...});
    
    // wait until we've received all data
    // ...    
    return data;        
}

 但是上面的阻塞等待不是很好，如果我們可以避開它那就更好了，比如說“當QNetworkAccessManager獲取數據時，創建一個圖像，然后對其進行處理然后顯示”。我們可以通過將網絡訪問管理器的finished()信號連接到QFuture：

QNetworkReply *reply = manager.get(QNetworkRequest(url));

auto future = QtFuture::connect(reply, &QNetworkReply::finished)
        .then([reply] {
            return reply->readAll();
        })
        .then(QtFuture::Launch::Async, createImage)
        .then(processImage)
        .then(show)        
        ...

 您會注意到，現在我們不再使用QtConcurrent::run()異步下載而是在新線程中返回數據，我們只是連接到QNetworkAccessManager::finished()信號，從而開始了計算鏈。還請注意以下行中的其他參數：

        .then(QtFuture::Launch::Async, createImage)

 默認情況下.then()在父進程運行所在的同一線程（在本例中為主線程）中調用by附加的延續。現在，我們不再使用QtConcurrent::run()異步啟動鏈，我們需要傳遞附加QtFuture::Launch::Async參數，以在單獨的線程中啟動連續鏈，并避免阻塞UI。

創建一個QFuture

 到目前為止，在QFuture內部創建和存儲值的唯一“官方”方法是QtConcurrent中的一種方法。所以QtConcurrent以外，QFuture不是很有用。在Qt 6中，將Andrei Golubev引入了“Setter”, QFuture: QPromise的對應物。它可用于為異步計算設置值，進度和異常，以后可通過訪問QFuture。為了演示其工作原理，讓我們再次重寫圖像處理示例，并使用QPromise該類：

QFuture download(const QUrl &url) {
    QPromise promise;
    QFuture future = promise.future();
    
    promise.reportStarted(); // notify that download is started
    
    QNetworkReply *reply = manager.get(QNetworkRequest(url));
    QObject::connect(reply, &QNetworkReply::finished,
            [reply, p = std::move(promise)] {
                p.addResult(reply->readAll());
                p.reportFinished(); // notify that download is finished
                reply->deleteLater();
            });
    
    return future;
}
auto future = download()
        .then(QtFuture::Launch::Async, createImage)
        .then(processImage)
        .then(show)
        ...

QtConcurrent的變化

-現在，您可以為QtConcurrent的所有方法設置自定義線程池，而不是始終在全局線程池上運行它們并可能阻止其他任務的執行。
-映射和過濾器縮小算法現在可以采用初始值，因此您不必為沒有默認構造函數的類型做變通辦法。
 - QtConcurrent::run進行了改進，可以處理可變數量的參數和僅移動類型。

 此外，我們在QtConcurrent中添加了兩個新的API，以為用戶提供更大的靈活性。讓我們更詳細地看一下。

QtConcurrent :: runWithPromise

 QtConcurrent::runWithPromise()Jarek Kobus開發的新方法是QtConcurrent框架的另一個不錯的補充。它非常類似于QtConcurrent::run()，不同之處在于，它使QPromise與給定任務相關聯的對象可供用戶訪問。

auto future = QtConcurrent::runWithPromise(
            [] (QPromise &promise, /* other arguments may follow */ ...) {
                // ...
                for (auto value : listOfValues) {
                    if (promise.isCanceled())
                        // handle the cancellation
        
                // do some processing...
        
                promise.addResult(...);
                promise.setProgressValue(...);
                }
            },
            /* pass other arguments */ ...);

 runWithPromise()用戶可以更好地控制任務，并且可以響應取消或暫停請求，進行進度報告等操作，而這些使用QtConcurrent::run()是不可能實現的。

QtConcurrent ::任務

 QtConcurrent::task()提供了一個流暢的界面，用于在單獨的線程中運行任務。它對于QtConcurrent::run()是更為現代的替代方案，并配置任務的方式也更為方便。您可以使用任何順序指定參數，跳過不需要的參數，等等，而不是使用少數幾個參數之一來傳遞參數來運行任務。例如：

QFuture future = QtConcurrent::task(doSomething)
        .withArguments(1, 2, 3)
        .onThreadPool(pool)
        .withPriority(10)
        .spawn();

請注意，與run（）不同，您還可以為任務傳遞優先級。

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