基于QT的上位机多线程设计模型

前言：
对于一般的上位机开发，无论是使用QT还是C#，主要功能包含：1.接收并解析下位机上传的数据、2.打包并发送数据到下位机、3.业务逻辑，对数据实时显示到界面或者存储到数据库。从软件分层的角度来看，底层是数据层、中间是业务逻辑处理、上层是UI。
为了不让界面假死或者卡顿，需要采用多线程的方式来实现。

1.抽象实现，建立模型

无论是QT/C#上位机，还是基于linux/nuttx…的APP，只要有需求，那就一定有实现需求的框架，这个框架就是对需求的抽象，建立需求的模型。
1.1 数据的来源：可以来自底层的设备、远程的下位机；本地的数据库；本地的进程。
1.2 数据的逻辑：收数据、解析数据；打包数据、发送数据；按照具体的业务处理数据。
1.3 数据的显示:基于linux/nuttx…shell终端；基于QT的ui(可以是曲线、数值等)。

以下就是应用程序的大概模型：

2.QT的多线程如何实现？

QT的多线程实现有两种方式：
1.继承QThread，重载run函数；
2.继承QObject，moveToThread(QThread *)。

两种方式都可以，但需要注意的是：重载run函数，只有run函数中的代码属于该线程；moveToThread(QThread *)时，整个继承QObject的对象都属于该线程。特别是使用signal/slot时尤其注意slot函数到底在那个线程执行？

建议采用方式2，使用更加灵活：这里实现了数据接收者类(硬件接口serial/udpSocket)。
在mainwindow.cpp中实例化数据接收者，再调用moveToThread(Thread )，实现了多线程。
1.dataRecieve.h

#ifndef DATARECIEVE_H
#define DATARECIEVE_H

#include <QObject>
#include <qobjectdefs.h>
#include <QtSerialPort/QtSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>
#include <QQueue>
#include <QDebug>
#include <QHash>
#include <QColor>

#include <QByteArray>
#include <QUdpSocket>
#include <QTcpSocket>
#include <QHostAddress>



/* params struct */
struct params_t{
    int     a;
    float   b;
    uint8_t c;
    short   d;
};

union payload_u{
    uint8_t data[64];
    struct params_t params;
};

/* message struct */
struct data_msg_t{
    uint8_t head;
    uint8_t addr;
    uint8_t cmd;
    uint8_t length;
    union payload_u payload;
    uint8_t checksum;
};

class dataRecieve : public QObject
{
    Q_OBJECT

public:
    /* constructor function */
    dataRecieve(int type);

    /* set socket ip address and port */
    bool setIp();
    bool setPort(int port);
    bool setSerialName(QString name);

signals:
    /* when get completly a message, emit the signal*/
    void dataPush(struct data_msg_t *data_msg);

private slots:
    /* 1.read raw data form socket or serial
    *  2.decode raw data to data_msg_t
    *  3.emit the signal:dataPush()
    */
    void dataRecieveSlots();

    void dataReadAll();

private:
    /* network */
    QUdpSocket *UdpSocket;
    QTcpSocket *TcpSocket;
    int udpListenPort;

public:
    /* serial */
    QSerialPort *serial;
    QString serialName;
    /* configure the serial params */
    bool configSerial();

};

#endif // DATARECIEVE_H

2…dataRecieve.cpp

#include "datarecieve.h"
#include "qdebug.h"
#include <qthread.h>

/*
 * constructor function
 * 1.select the interface type
 * 2.new the object
 */
dataRecieve::dataRecieve(int type)
{
    if(type == 0){
        /* connect */
        //serial = new QSerialPort();
        //QObject::connect(serial,&QSerialPort::readyRead,this,&dataRecieve::dataReadAll);
        qDebug() << QString("dataRecieve constructor id:") << QThread::currentThreadId();
    }else {
        UdpSocket = new QUdpSocket();
    }
}

/*
 * configure the serial params
 */
bool dataRecieve::configSerial()
{
    qDebug() << QString("configSerial id:") << QThread::currentThreadId();

    serial = new QSerialPort();
    serial->setPortName(serialName);

    if(serial->open(QIODevice::ReadWrite) == true) {
        //set baudRate
        serial->setBaudRate(QSerialPort::Baud115200);
        //set dataBits
        serial->setDataBits(QSerialPort::Data8);
        //set parity
        serial->setParity(QSerialPort::NoParity);
        //set stopBits
        serial->setStopBits(QSerialPort::OneStop);
        //set flowcontrol
        serial->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);

        QObject::connect(serial,&QSerialPort::readyRead,this,&dataRecieve::dataReadAll);

        return true;
    }else{
        return false;
    }
}


bool dataRecieve::setSerialName(QString name)
{
    serialName = name;
    return true;
}

/*
 * decode raw data
 */
void dataRecieve::dataRecieveSlots()
{
    char buffer[1024];
    data_msg_t data_msg;

    configSerial();

    while(true)
    {
        memset(buffer,0,sizeof(buffer));

        //1.block: read data form socket or serial
        serial->waitForReadyRead(3000);

        serial->read(buffer,1024);

        //2.decode: raw data to data_msg_t
        memcpy(&data_msg.payload.data[0],&buffer[0],64);

        //3.emit the signal:dataPush
        emit dataPush(&data_msg);

        //4.debug
        qDebug() << QString("dataRecieveSlots id:") << QThread::currentThreadId();
    }
}

/*
 * read all serial data to buffer,and decode
 */
void dataRecieve::dataReadAll()
{
    //1.read data form serial
    QByteArray buff;
    buff = serial->readAll();

    //2.decode: raw data to data_msg_t
    data_msg_t data_msg;
    if(buff.size() >= 4){
        data_msg.payload.data[0] = buff.at(0);
        data_msg.payload.data[1] = buff.at(1);
        data_msg.payload.data[2] = buff.at(2);
        data_msg.payload.data[3] = buff.at(3);

        //3.emit the signal:dataPush
        emit dataPush(&data_msg);

        //4.debug
        qDebug() << QString("dataRecieveSlots id:") << QThread::currentThreadId();
    }
}

3.mainwindow.cpp

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <qthread.h>
#include <qdebug.h>
#include "datasend.h"
#include "datarecieve.h"
#include <stddef.h>

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    datarecieve = new dataRecieve(0);
    datasend = new dataSend(0);

    QThread *sendThread = new QThread();
    QThread *recieveThread = new QThread();

    /* moveToThread function
     * key point !!!
     */
    datasend->moveToThread(sendThread);
    datarecieve->moveToThread(recieveThread);

    /*
     * connect function
     * inter-thread conmunication: signals/slots
     */
    QObject::connect(this,SIGNAL(send_data(int)),datasend,SLOT(dataSendSlots(int)),Qt::QueuedConnection);
    QObject::connect(this,SIGNAL(recieve_data()),datarecieve,SLOT(dataRecieveSlots()),Qt::QueuedConnection);

    QObject::connect(datarecieve,SIGNAL(dataPush(struct data_msg_t *)),this,SLOT(recieve_msg_Data(struct data_msg_t *)),Qt::QueuedConnection);

    sendThread->start();
    recieveThread->start();
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}


void MainWindow::on_pushButton_recieve_released()
{
    if(datarecieve->setSerialName("/dev/ttyUSB0")){
        emit recieve_data();
    }

    qDebug() << QString("mainwindow  on_pushButton_recieve thread id:") << QThread::currentThreadId();
}

void MainWindow::on_pushButton_send_released()
{
    int a = 3000;
    emit send_data(a);

    qDebug() << QString("mainwindow on_pushButton_send thread id:") << QThread::currentThreadId();
}

/*
 * recieve the msg
 *
 */
 void MainWindow::recieve_msg_Data(struct data_msg_t *data_msg)
 {
    //1.show the data to textBrowser
    //ui->textBrowser_recieve->insertPlainText(QString::number(data_msg->payload.params.a));
    //ui->textBrowser_recieve->insertPlainText("  ");

    //2.save the data to database


    //3.show the data to curve


    //4.debug
    qDebug() << QString("mainwindow recieve_msg_Data thread id:") << QThread::currentThreadId();
 }

3.线程间如何通信？

线程间采用signal/solt来进行通信，线程同步、并将数据通过函数参数的形式进行交互、通信。
这里需要注意connect时的第5 个参数：连接方式

enum ConnectionType {
        AutoConnection,
        DirectConnection,
        QueuedConnection,
        BlockingQueuedConnection,
        UniqueConnection =  0x80
    };

其中的DirectConnection，相当于直接调用slot函数，在哪线程发射信号，slot函数就在那线程运行；QueuedConnection，要看slot函数所在的对象依附于那个线程，slot就在被依附的线程中运行。

4.总结：

在面向对象编程中，实现需求分三步： 1.首先将问题进行抽象、分层。 2.再规划线程模型，规划类。 3.最后在类的方法中实现具体的流程。