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EA&UML日拱一卒-多任务编程超入门-（3）线程协作的理想和现实

分类: 文章 • 2022-10-28 00:17:23

为什么需要协作？


一般说来，只要存在多任务，就需要任务之间的协作。这里的协作包含数据交换和任务同步。


数据交换很简单，就是进程或线程之间数据的传递，可能是一方生成数据，另外一方使用数据；也可能多方生成数据，多方使用数据等。


同步是进程或线程之间的步调的调整，例如通讯线程生成数据以后，控制线程才开始工作；或者所有线程都结束以后，应用程序进程才结束等。


我们当然希望线程之间的协作是在编程者不知情的情况下实现的，这可以说是多线程变成的理想状态，但现实呢？


线程间通讯实例


我们用一个例子来说明。这个例子稍微有些复杂，但是难度并不高，安下心来看下去即可。


数据类DataArray


#ifndef DATAARRAY_H
#define DATAARRAY_H
#define ARRAY_SIZE  500
class DataArray
{
protected:
    int m_buffer[ARRAY_SIZE];
    int m_dataSize;
public:
    DataArray();
int getDataSize();
int getData(int index);
int addData(int data);
void clearData();
};
#endif // DATAARRAY_H


这个类用于数据生成模块和使用数据模块之间传递数据，除了构造函数以外这个类一共有四个方法：


  1. getDataSize:取得数组中保存数据的数量

  2. getData:指定索引值取数据

  3. addData:在数组的最后添加数据

  4. clearData:清除所有数据。


以下是实现代码：


#include "dataarray.h"
#include <iostream>
using namespace std;
DataArray::DataArray()
 :m_dataSize(0)
{
}
int DataArray::getDataSize()
{
   return m_dataSize;
}
int DataArray::getData(int index)
{
   if(index >= 0 && index < m_dataSize)
   {
       return m_buffer[index];
   }
   else
   {
       return -1;
   }
}
int DataArray::addData(int data)
{
    if(m_dataSize < (ARRAY_SIZE - 1))
    { 
        m_buffer[m_dataSize] = data;
        m_dataSize++;
    }
    return true;
}

void DataArray::clearData()
{
    m_dataSize = 0;
}


数据类DataArray的实现非常简单，大家可以自己看一下。


另外为了简化利用侧的代码，另外准备了两个简单的C函数。


void WriteData(int base)
{
    for(int j = 0; j < 5; ++j)
    {
        data_array.addData(j);
    }
}


WriteData连续写入5个数据，分别是0，1，2，3，4.


void ReadData()
{
    int data_size = data_array.getDataSize();
    int total = 0;
    for(int k = 0; k < data_size; ++k)
    {
        total += data_array.getData(k);
    }
    cout << "RT:----total="  << total << endl;
}


ReadData从缓冲区中读出数据并求和.


单任务条件下的执行情况


可以通过一段小程序调用上述两个函数。


for(int i = 0; i < 10; ++i)    
{
    cout << "WT:<<<<WriteData:" << i << "<<<<" << endl;
    WriteData(i);
    cout << "RT:>>>>ReadData:" << i << ">>>>" << endl;
    ReadData();
    data_array.clearData();
}


以下是执行结果


WT:<<<<WriteData:0<<<<
RT:>>>>ReadData:0>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:1<<<<
RT:>>>>ReadData:1>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:2<<<<
RT:>>>>ReadData:2>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:3<<<<
RT:>>>>ReadData:3>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:4<<<<
RT:>>>>ReadData:4>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:5<<<<
RT:>>>>ReadData:5>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:6<<<<
RT:>>>>ReadData:6>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:7<<<<
RT:>>>>ReadData:7>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:8<<<<
RT:>>>>ReadData:8>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10
WT:<<<<WriteData:9<<<<
RT:>>>>ReadData:9>>>>
RT::----data_size=5
RT:----total=10

可以看到，读写操作分别执行10次，每次取得的数据都是5个，求和结果都是10.


多任务条件下的执行情况


示例代码


//define CreateDataTask class.
class CreateDataTask : public QThread
{
    void run()
    {
for(int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            cout << "WT:<<<<WriteData:" << i << "<<<<" << endl;
            WriteData(i);
        }
    }
};
//Create thread object of CreateDataTask.
CreateDataTask *writer = new CreateDataTask();
//Start Thread.
writer->start(QThread::NormalPriority);
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
    cout << "RT:>>>>ReadData:" << i << ">>>>" << endl;
    ReadData();
    data_array.clearData();
}


首先定义一个CreateDataTask类，它的成员函数run的内容是执行10次写数据函数WriteData。这里只是定义CreateDataTask类，就像定义函数一样。


接下来创建CreateDataTask对象并执行。start方法被调用之后，CreateDataTask线程开始执行。


最后接下来调用10次读数据函数，每次调用读数据函数以后也会清除数据。


以下是程序执行以后的输出结果：


RT:>>>>ReadData:WT:<<<<WriteData:0<<<<
WT:<<<<WriteData:1<<<<
WT:<<<<WriteData:20>>>>
RT::----data_size=10
RT:----total=20
RT:>>>>ReadData:1>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:2>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:3>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:4>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:5>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:6>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:7>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:8>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
RT:>>>>ReadData:9>>>>
RT::----data_size=0
RT:----total=0
<<<<
WT:<<<<WriteData:3<<<<
WT:<<<<WriteData:4<<<<
WT:<<<<WriteData:5<<<<
WT:<<<<WriteData:6<<<<
WT:<<<<WriteData:7<<<<
WT:<<<<WriteData:8<<<<
WT:<<<<WriteData:9<<<<

从输出结果可以看出：读，写函数执行的先后顺序不定；读出的数据个数，求和结果有经常会发生错误。如果多次执行的话，会的到许多不同的结果。


为了获得快速响应而导入了多线程，但是结果并不是我们想要的，这是为什么呢？


且听下回分解。


示例代码下载链接：


本连载示例代码可以在QT环境下运行，请从以下链接下载：

http://download.csdn.net/detail/craftsman1970/9893127


写在文章的最后


既然已经读到这里了，拜托大家再用一分钟时间，将文章转发到各位的朋友圈，微信群中。


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