QT 将单线程改为线程池端口扫描3.5

接上篇QT实现端口扫描暂停和继续功能 3-CSDN博客

多线程与线程池的关系

多线程是基础: 线程池是基于多线程的概念实现的。线程池内部使用多个线程来并发执行任务。
线程池优化多线程: 线程池通过复用线程和管理任务来优化多线程的使用，减少了线程创建和销毁的开销，提高了系统的性能和响应速度。
任务调度: 在多线程环境中，开发者需要手动管理线程的创建、调度和销毁，而使用线程池可以简化这一过程，开发者只需提交任务，线程池会自动处理线程的分配和执行。

1. 修改 MyThread 类为 ScanTask 类

将 MyThread 类重命名为 ScanTask，并使其继承自 QRunnable。这样可以将每个端口扫描任务作为一个独立的任务提交到线程池中。

ScanTask.h

#ifndef SCANTASK_H  
#define SCANTASK_H  #include <QTcpSocket>  
#include <QDebug>  
#include <QRunnable>  
#include <QObject>  class ScanTask : public QObject, public QRunnable // 需要继承两个类  
{  Q_OBJECT  
public:  ScanTask(QString strIP, int intPort);  ~ScanTask();  void setPaused(bool paused); // 设置暂停状态  void closeThread(); // 关闭线程  protected:  void run() override; // 重写 run 方法  private:  volatile bool isStop; // 控制任务停止  volatile bool isPaused; // 控制任务暂停  QString m_strIP; // IP 地址  int m_intPort; // 端口号  signals:  void send_scan_signal(int port, bool isOpen); // 发送扫描结果信号  void finished(int port, bool isOpen); // 扫描完成信号  
};  #endif // SCANTASK_H

ScanTask.cpp

#include "scantask.h"  ScanTask::ScanTask(QString strIP, int intPort)  : m_strIP(strIP), m_intPort(intPort), isStop(false), isPaused(false) // 初始化成员变量  
{  
}  ScanTask::~ScanTask()  
{  qDebug("ScanTask deleted.");  
}  void ScanTask::setPaused(bool paused)  
{  isPaused = paused; // 更新暂停状态  
}  void ScanTask::closeThread()  
{  isStop = true; // 设置为停止状态  
}  void ScanTask::run()  
{  QTcpSocket socket;  socket.abort(); // 取消任何现有连接  // 执行端口扫描  if (isStop) return; // 检查是否停止  socket.connectToHost(m_strIP, m_intPort); // 连接到指定的 IP 和端口  if (socket.waitForConnected(1000)) // 等待连接  {  emit send_scan_signal(m_intPort, true); // 发送信号，表示端口打开  qDebug("%d: %s", m_intPort, "opened"); // 调试信息  }  else  {  emit send_scan_signal(m_intPort, false); // 发送信号，表示端口关闭  qDebug("%d: %s", m_intPort, "closed");  }  
}

2. 修改 MainWindow 类以使用线程池

在 MainWindow 类中，我们将使用 QThreadPool 来管理 ScanTask 的实例，并在扫描按钮点击事件中提交任务。

MainWindow.h

#ifndef MAINWINDOW_H  
#define MAINWINDOW_H  #include <QMessageBox>  
#include <QTreeWidget>  
#include <QMainWindow>  
#include <QThreadPool>  
#include "scantask.h"  QT_BEGIN_NAMESPACE  
namespace Ui { class MainWindow; }  
QT_END_NAMESPACE  class MainWindow : public QMainWindow  
{  Q_OBJECT  
public:  MainWindow(QWidget *parent = nullptr);  ~MainWindow();  
protected:  
private:  Ui::MainWindow *ui;  QTreeWidgetItem *itemRoot; // 树形控件的条目，用于表示目标 IP  QTreeWidgetItem *itemLeaf; // 树形控件的条目，用于表示目标端口  QThreadPool *threadpool; // 声明一个线程池  bool isPaused; // 控制暂停状态  
private slots:  void on_pushButton_Scan_clicked();  void on_stopButton_clicked();  void on_pushButton_Quit_clicked();  void recv_result(int port, bool isOpen); // 自定义槽函数，用于接收线程发送的消息  void on_pushButton_Stop_clicked(); // 暂停按钮点击事件  void on_pushButton_Continue_clicked(); // 继续按钮点击事件  
};  #endif // MAINWINDOW_H

MainWindow.cpp

#include "mainwindow.h"  
#include "ui_mainwindow.h"  MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)  : QMainWindow(parent)  , ui(new Ui::MainWindow)  
{  ui->setupUi(this);  // 给 QTreeWidget 初始化表头  QStringList head;  head << "扫描结果";  ui->treeWidget->setHeaderLabels(head);  threadpool = new QThreadPool; // 创建线程池  threadpool->setMaxThreadCount(10); // 设置最大线程数  isPaused = false; // 初始化暂停状态  
}  MainWindow::~MainWindow()  
{  delete ui;  
}  void MainWindow::on_pushButton_Scan_clicked()  
{  ui->pushButton_Scan->setEnabled(false); // 正在扫描时，禁用扫描按钮  QString strIP = ui->lineEdit_IP->text(); // 获取用户输入的 IP 地址  int startPort = ui->spinBox_Port->value(); // 获取用户输入的起始端口  int endPort = startPort + 10; // 假设扫描 10 个端口  // 验证 IP 地址是否为空  if (strIP.isEmpty()) {  QMessageBox::information(this, "Error", "请输入 IP", QMessageBox::Ok);  return; // 退出函数  }  ui->treeWidget->clear(); // 清空 QTreeWidget 中的先前结果  itemRoot = new QTreeWidgetItem(ui->treeWidget, QStringList(strIP)); // 创建根节点，显示 IP 地址  for (int i = startPort; i < endPort; i++) { // 扫描指定范围的端口  ScanTask *task = new ScanTask(strIP, i); // 创建新的扫描任务  connect(task, &ScanTask::send_scan_signal, this, &MainWindow::recv_result); // 连接信号  threadpool->start(task); // 将任务提交到线程池  QThread::msleep(10); // 短暂休眠，避免过快提交任务  }  
}  void MainWindow::recv_result(int port, bool isOpen)  
{  QString strPort = QString::number(port); // 将端口号转换为字符串  // 根据端口状态创建叶子节点  if (isOpen)  itemLeaf = new QTreeWidgetItem(itemRoot, QStringList(strPort + " opened")); // 端口打开  else  itemLeaf = new QTreeWidgetItem(itemRoot, QStringList(strPort + " closed")); // 端口关闭  ui->treeWidget->expandAll(); // 展开所有项  
}  void MainWindow::on_stopButton_clicked()  
{  // 停止所有正在运行的任务  threadpool->clear(); // 清理线程池中未执行完的任务  ui->pushButton_Scan->setEnabled(true); // 重新启用扫描按钮  
}  void MainWindow::on_pushButton_Quit_clicked()  
{  QApplication::quit(); // 退出应用程序  
}  void MainWindow::on_pushButton_Stop_clicked()  
{  isPaused = true; // 设置为暂停状态  ui->pushButton_Stop->setEnabled(false); // 禁用暂停按钮  ui->pushButton_Continue->setVisible(true); // 显示继续按钮  
}  void MainWindow::on_pushButton_Continue_clicked()  
{  isPaused = false; // 设置为继续状态  ui->pushButton_Stop->setEnabled(true); // 启用暂停按钮  ui->pushButton_Continue->setVisible(false); // 隐藏继续按钮  
}

原理记录

信号发出和槽的调用

当 ScanTask 对象（task）在其 run() 方法中完成端口扫描后，会发出 send_scan_signal 信号，传递端口号和状态（打开或关闭）。
由于 send_scan_signal 信号与 recv_result 槽函数之间建立了连接，Qt 会自动调用 recv_result 槽函数，并将信号中传递的参数（端口号和状态）传递给它。

线程池的自带功能

自动管理线程: QThreadPool 会根据当前正在运行的线程数和最大线程数的设置，自动管理线程的创建和销毁。当您将任务提交到线程池时，线程池会检查当前的线程使用情况。
启动新线程: 如果当前运行的线程数少于您设置的最大线程数（在您的代码中是 10），线程池会自动启动新的线程来执行提交的任务。
任务调度: 线程池会根据任务的提交顺序和线程的可用性来调度任务的执行。它会尽量保持线程的高效利用，同时避免过多的线程导致资源竞争和上下文切换的开销。