Qt源码阅读——事件循环

server/2024/10/21 10:04:42/

文章目录

  • 一、 QCoreApplication的exec()实现
  • 二、 QEventLoop的exec()实现
    • 1. D指针用法
    • 2. 获取线程数据
    • 3. 加锁和判断
    • 4. 局部类`LoopReference`
      • 4.1 `LoopReference`的构造函数:
      • 4.2 QThreadData的成员变量
      • 4.3 `LoopReference`的析构函数
      • 4.4 小结
    • 5. 事件循环
      • 5.1 processEvents()
  • 三、小结

源码版本：Qt 6.5.0

主程序中一般都少不了这两行代码：

QApplicaton app(argc, argv);
...
app.exec();

下面来跟踪一下它的实现。

一、 QCoreApplication的exec()实现

int QCoreApplication::exec()
{if (!QCoreApplicationPrivate::checkInstance("exec"))return -1;QThreadData *threadData = self->d_func()->threadData.loadAcquire();if (threadData != QThreadData::current()) {qWarning("%s::exec: Must be called from the main thread", self->metaObject()->className());return -1;}if (!threadData->eventLoops.isEmpty()) {qWarning("QCoreApplication::exec: The event loop is already running");return -1;}threadData->quitNow = false;QEventLoop eventLoop;self->d_func()->in_exec = true;self->d_func()->aboutToQuitEmitted = false;int returnCode = eventLoop.exec(QEventLoop::ApplicationExec);threadData->quitNow = false;if (self)self->d_func()->execCleanup();return returnCode;
}

可以看到application的exec也是调用了QEventLoop的exec。

这里不太重要，那么就继续看QEventLoop的实现。

二、 QEventLoop的exec()实现

int QEventLoop::exec(ProcessEventsFlags flags)
{Q_D(QEventLoop);auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();//we need to protect from race condition with QThread::exitQMutexLocker locker(&static_cast<QThreadPrivate *>(QObjectPrivate::get(threadData->thread.loadAcquire()))->mutex);if (threadData->quitNow)return -1;if (d->inExec) {qWarning("QEventLoop::exec: instance %p has already called exec()", this);return -1;}struct LoopReference {QEventLoopPrivate *d;QMutexLocker<QMutex> &locker;bool exceptionCaught;LoopReference(QEventLoopPrivate *d, QMutexLocker<QMutex> &locker) : d(d), locker(locker), exceptionCaught(true){d->inExec = true;d->exit.storeRelease(false);auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();++threadData->loopLevel;threadData->eventLoops.push(d->q_func());locker.unlock();}~LoopReference(){if (exceptionCaught) {qWarning("Qt has caught an exception thrown from an event handler. Throwing\n""exceptions from an event handler is not supported in Qt.\n""You must not let any exception whatsoever propagate through Qt code.");}locker.relock();auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();QEventLoop *eventLoop = threadData->eventLoops.pop();Q_ASSERT_X(eventLoop == d->q_func(), "QEventLoop::exec()", "internal error");Q_UNUSED(eventLoop); // --release warningd->inExec = false;--threadData->loopLevel;}};LoopReference ref(d, locker);// remove posted quit events when entering a new event loopQCoreApplication *app = QCoreApplication::instance();if (app && app->thread() == thread())QCoreApplication::removePostedEvents(app, QEvent::Quit);while (!d->exit.loadAcquire())processEvents(flags | WaitForMoreEvents | EventLoopExec);ref.exceptionCaught = false;return d->returnCode.loadRelaxed();
}

后文将对QEventLoop::exec()实现的每一行按顺序进行解读。

1. D指针用法

Q_D(QEventLoop)

Qt中非常常见的D指针用法（pimpl惯用法），用于在类Xxx中访问隐藏部分类XxxPrivate的实现。

宏展开就是：

QEventLoopPrivate* const d = d_func();

后续可以用变量d来访问QEvnetLoop的隐藏实现部分，也即在类QEvnetLoopPrivate的部分。

相对应的还有Q指针用法Q_Q，用于在XxxPrivate中访问Xxx的实现。

2. 获取线程数据

auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();

这里的d->threadData定义在类QObjectPrivate中，如下：

public:mutable ExtraData *extraData; // extra data set by the user// This atomic requires acquire/release semantics in a few places,// e.g. QObject::moveToThread must synchronize with QCoreApplication::postEvent,// because postEvent is thread-safe.// However, most of the code paths involving QObject are only reentrant and// not thread-safe, so synchronization should not be necessary there.QAtomicPointer<QThreadData> threadData; // id of the thread that owns the object

翻译一下就是：

mutable ExtraData *extraData; // 用户设置的额外数据
// 此原子操作在某些地方需要获取/释放语义，
// 例如，QObject::moveToThread 必须与 QCoreApplication::postEvent 同步，
// 因为 postEvent 是线程安全的。
// 然而，涉及 QObject 的大多数代码路径只是可重入的并且不是线程安全的，
// 所以在这些地方不需要同步。
QAtomicPointer<QThreadData> threadData; // 拥有该对象的线程的 ID

类QObjectPrivate继承自QObjectData，如下：

class Q_CORE_EXPORT QObjectPrivate : public QObjectData
{
public:Q_DECLARE_PUBLIC(QObject)
...
};

而在QObject中也有一个指针成员变量存储了QObjectData，如下：

...
protected:QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent = nullptr);
protected:QScopedPointer<QObjectData> d_ptr;
...

并且在构造时将d_ptr赋值为了QObjectPrivate。

QObject::QObject(QObject *parent): QObject(*new QObjectPrivate, parent)
{
}
QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent): d_ptr(&dd)
{Q_ASSERT_X(this != parent, Q_FUNC_INFO, "Cannot parent a QObject to itself");Q_D(QObject);d_ptr->q_ptr = this;auto threadData = (parent && !parent->thread()) ? parent->d_func()->threadData.loadRelaxed() : QThreadData::current();threadData->ref();...
}

总之明白一点：每个QObject类都有线程数据，记录了它的线程信息，可以知道这个类属于哪一个线程。

至于其中的类（模板）QAtomicPointer继承自类（模板）QBasicAtomicPointer，QBasicAtomicPointer组合了变量QAtomicOps，QAtomicOps相当于std::atomic。
本质上是用std::atomic存储了模板类型T的指针，保证访问的原子性。

所以auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();这一行代码也仅仅是获取QObjectPrivate中的线程数据，原子性地。

而且QEventLoop也是继承自QObject的，通过这一行代码，至少可以得知Qt中线程和事件循环的关系的一个结论：
每个事件循环都都自己所属的线程，拥有相关的线程数据。

在启动事件循环时首先会去获取线程数据。

3. 加锁和判断

   QMutexLocker locker(&static_cast<QThreadPrivate *>(QObjectPrivate::get(threadData->thread.loadAcquire()))->mutex);if (threadData->quitNow)return -1;if (d->inExec) {qWarning("QEventLoop::exec: instance %p has already called exec()", this);return -1;}

接下来，对线程数据进行了加锁。进行简单判断是否要退出、提前结束。

4. 局部类LoopReference

 struct LoopReference {QEventLoopPrivate *d;QMutexLocker<QMutex> &locker;bool exceptionCaught;LoopReference(QEventLoopPrivate *d, QMutexLocker<QMutex> &locker) : d(d), locker(locker), exceptionCaught(true){d->inExec = true;d->exit.storeRelease(false);auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();++threadData->loopLevel;threadData->eventLoops.push(d->q_func());locker.unlock();}~LoopReference(){if (exceptionCaught) {qWarning("Qt has caught an exception thrown from an event handler. Throwing\n""exceptions from an event handler is not supported in Qt.\n""You must not let any exception whatsoever propagate through Qt code.");}locker.relock();auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();QEventLoop *eventLoop = threadData->eventLoops.pop();Q_ASSERT_X(eventLoop == d->q_func(), "QEventLoop::exec()", "internal error");Q_UNUSED(eventLoop); // --release warningd->inExec = false;--threadData->loopLevel;}};LoopReference ref(d, locker);

接下来定义了一个局部类LoopReference，并创建了一个栈变量ref。

4.1 LoopReference的构造函数:

构造函数传入了一个事件循环（的隐藏实现部分，QEventLoopPrivate *），通过d->inExec = true;将事件循环标记为在执行中，然后将d->exit赋值为false。

然后将线程数据中的loopLevel加1，大概是递增了循环层深，对应这两个代码：

auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();
++threadData->loopLevel;

然后向线程数据threadData中push了一个QEventLoop*，这里我们需要看下QThreadData的实现来了解这行push在干什么：

4.2 QThreadData的成员变量

class QThreadData
{
public:QThreadData(int initialRefCount = 1);...
public:int loopLevel;int scopeLevel;QStack<QEventLoop *> eventLoops;QPostEventList postEventList;QAtomicPointer<QThread> thread;QAtomicPointer<void> threadId;QAtomicPointer<QAbstractEventDispatcher> eventDispatcher;QList<void *> tls;bool quitNow;bool canWait;bool isAdopted;bool requiresCoreApplication;
};

原来QThreadData中用栈存储了一系列的QEventLoop，还有一个QPostEventList posrtEventList;，这个大概是用来存放post的事件的。

事件的发送有send和post两种机制，send的事件会立刻执行，post的则需要放到队列中，靠事件循环去推动。所以并没有看到sendEventList， 灰常合理。

同时里面还有：

  1. 线程thread
  2. 线程idthreadId
  3. 事件分发器eventDispatcher（底层实现与平台相关）。
  4. tls？？？大概是用于Thread Local Storaged的。

还有一些变量暂时没用到，简单看下即可，比如requiresCoreApplication大概是用于判断是否需要QCoreApplication。

4.3 LoopReference的析构函数

 ~LoopReference(){if (exceptionCaught) {qWarning("Qt has caught an exception thrown from an event handler. Throwing\n""exceptions from an event handler is not supported in Qt.\n""You must not let any exception whatsoever propagate through Qt code.");}locker.relock();auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();~LoopReference(){if (exceptionCaught) {qWarning("Qt has caught an exception thrown from an event handler. Throwing\n""exceptions from an event handler is not supported in Qt.\n""You must not let any exception whatsoever propagate through Qt code.");}locker.relock();auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();QEventLoop *eventLoop = threadData->eventLoops.pop();Q_ASSERT_X(eventLoop == d->q_func(), "QEventLoop::exec()", "internal error");Q_UNUSED(eventLoop); // --release warningd->inExec = false;--threadData->loopLevel;}Q_ASSERT_X(eventLoop == d->q_func(), "QEventLoop::exec()", "internal error");Q_UNUSED(eventLoop); // --release warningd->inExec = false;--threadData->loopLevel;}

析构时将执行了逆操作：

  1. QEventLoop *eventLoop = threadData->eventLoops.pop();
    • 从线程数据中弹出一个时间循环。
  2. d->inExec = false;
    • 将该事件循环标记为未在执行。
  3. --threadData->loopLevel;
    • 递减事件循环层深。

4.4 小结

至此，局部类LoopReference的作用就搞清楚了，

LoopReference ref(d, locker);

上面这行代码的作用就是按照RAII原则，

在构造时：

  1. 将传入的事件循环标记为在执行中。
  2. 将事件循环压放入线程数据（threadData）的事件循环栈中。
  3. 将线程数据（threadData）中的循环层深loopLevel加1。

在析构时执行逆操作：

  1. 将传入的事件循环标记为未在执行。
  2. 从线程数据（threadData）的事件循环栈中弹出一个事件循环。
  3. 将线程数据（threadData）的循环层深loopLevel减1。

至于这些改动/标记在何处被使用，暂时还不得而知。

5. 事件循环

    // remove posted quit events when entering a new event loopQCoreApplication *app = QCoreApplication::instance();if (app && app->thread() == thread())QCoreApplication::removePostedEvents(app, QEvent::Quit);while (!d->exit.loadAcquire())processEvents(flags | WaitForMoreEvents | EventLoopExec);ref.exceptionCaught = false;return d->returnCode.loadRelaxed();

剩下的代码只有这么多。

其中进行了判断：如果app的当前线程和该事件循环处于同一线程，就移除app中的Quit事件。

QCoreApplication也继承自QObject，其中的QObjectPrivate中的QThreadData部分存有一个QList<QPostEvent> postEvetList。

暂时想不通为什么会有、哪里来的Quit事件，不过这两行代码本身较容易理解。

最后来到事件循环的核心部分：一个while循环：

while (!d->exit.loadAcquire())processEvents(flags | WaitForMoreEvents | EventLoopExec);

简单粗暴，直到d->exit为true时才会退出循环。否则就继续调用processEvents，并传入flags。

循环退出后，将ref.exceptionCaught赋为false，没什么大作用，只会让LoopReference析构时不会警告。

然后返回计数码d->returnCode。

5.1 processEvents()

processEvents()的实现如下：

bool QEventLoop::processEvents(ProcessEventsFlags flags)
{Q_D(QEventLoop);auto threadData = d->threadData.loadRelaxed();if (!threadData->hasEventDispatcher())return false;return threadData->eventDispatcher.loadRelaxed()->processEvents(flags);
}

可见其中也是调用了事件循环所属线程的eventDispatcher的processEvents()。

eventDispatcher的类型如下：
QAtomicPointer<QAbstractEventDispatcher> eventDispatcher;

事件分发器的实现与平台相关，这一块的实现会再开一篇。

三、小结

  1. Qt一般将类分为公开部分和隐藏部分，例如QWidget和QWidgetPrivate。
  2. Qt中宏Q_D用于在公开类访问隐藏实现部分（获取d指针），Q_Q用于在隐藏实现部分访问公开部分（获取q指针）。
  3. 每个QObject背后都存有一个QObjectData指针，在构造时用QObjectData *为其赋值；QObjectPrivate继承自QObejctData，其中存有成员变量QThreadData，记录了线程数据。
  4. 事件循环QEventLoop继承自QObject，所以每个事件循环都有所属线程。（QCoreApplication和其他类同理）
  5. 线程数据QThreadData中存有以下重要变量：
    int loopLevel; // 事件循环层深
int scopeLevel;QStack<QEventLoop *> eventLoops; //每个线程对应多个事件循环
QPostEventList postEventList; // 线程的事件队列
QAtomicPointer<QThread> thread; // 线程
QAtomicPointer<void> threadId; // 线程ID
QAtomicPointer<QAbstractEventDispatcher> eventDispatcher; //事件分发器
QList<void *> tls; //Thread Local Storage

http://www.ppmy.cn/server/128272.html

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