Qt实战---多线程的串口接收类QSerialPort

一、典型的问题：

在我们的多线程编程中，一般主线程负责界面的刷新显示，而子线程负责一些耗时的操作，例如当我们使用QSerialPort的时候，我们希望QSerialPort的读写操作在子线程中进行。

QObject: Cannot create children for a parent that is in a different thread.

那么如果在主线程中创建QSerialPort对象，通过指针的形式将QSerialPort传入到了子线程中，在子线程的函数内使用QSerialPort指针操作读写函数，就会出现上面的错误提示！

原因：在主线程中创建了QSerialPort对象在子线程中调用，或者在子线程中创建然后在主线程中调用了。这就是跨线程调用引起的问题！

对于继承QThread重写run函数的情况，往往容易在run外部定义QSerialport *port = new QSerialport()对象，然后在run中调用port->readAll()等函数，然而根据QThread的特性，只有run函数才运行在新的子线程中，所以这里就跨线程调用了 QSerialport对象，会出现上述报错。

注意：其实不止是QSerialPort，只要是QIODevice类型的对象都无法进行跨线程调用，这里是由于Qt的信号和槽机制的问题，再有就是QSerialPort是异步的，什么意思呢？就是说使用QSerialPort->readData()函数的时候不会阻塞，会立刻返回，其实QSerialPort->readData()只是在读取一个缓冲区而已，而在另一个线程中，有数据的话就会将数据写入到这个缓冲区。

解决办法：

派生类外部定义QSerialPort指针，在run函数中再定义对象，并且数据的读、写都在run函数中进行。

上述方法可以解决报错，但是针对不仅仅具有读串口数据需求、还需要向串口写数据的情况，显然这样的方法会让run函数变得十分臃肿，代码的维护十分麻烦。

推荐办法：
运用继承QObject，结合MoveToThread()的方式：

自定义my_serial类，继承自QObject，将一个QThread local_thread 对象作为派生类的成员，使用QObject的MoveToThread()将派生类自己以及QSerialPort对象都移动到local_thread线程中，这样派生类中的槽函数以及QSerialPort中的信号与槽函数都将在local_thread线程执行。

1.解决跨线程调用
既然无法通过指针的形式将QSerialPort传入子线程中，那么就只有在子线程中新建QSerialPort对象。

显然，如果使用第一种多线程方式的话，由于只有run()函数内的代码是在子线程的，那么QSerialPort就只能在run函数中建立，如果在UI界面上有个点击发送数据的按钮的话，是无法将按钮点击事件传递到run()函数中的，显然，此种方法不合适。

（1）主线程调用子线程内QSerialPort的发送数据函数发数据
如果想点击按钮发送数据的话，可以这么做：主线程点击按钮后emit一个信号，将这个信号与子线程中的槽连接，在槽函数中调用QSerialPort的发送数据函数。

（2）主线程显示子线程内QSerialPort收到的数据
同样的，如果想将子线程里QSerialPort接收到的数据显示到UI界面上，可以在子线程QSerialPort收到数据后emit一个信号出来，将该信号和主线程里的槽函数连接，就实现了将数据传入到了主线程里，然后将数据显示到界面上就可以了。

tips：其实严格意义上来讲，Qt的多线程就不是使用继承QThread这种方式，而是moveToThread方式。

二、多线程使用的场景

通常小的程序，没那么复杂的程序其实不需要使用多线程也能满足的，因为现在的计算机性能都很高了，差不多也够用了。但是在很多场景中我们还是得需要使用多线程的。

1、处理耗时的程序的时候，或者需要等待、循环等操作的时候。

2、在处理计算量比较大的代码的时候。

以上两种如果不采用多线程的方式的话，会造成界面卡顿的现象，因为Qt默认都是在一个主线程中的，如果要提高程序的响应就必须要这样做。这一点要特别的留意。

3、像一些C/S架构的软件，使用多线程并发去响应用户的请求。

4、对于多核的cpu来说，还可以提高利用率。

Qt中多线程要注意的事项
其实，计算机中并不是线程用的越多越好，因为多线程会涉及到线程安全的问题，这个问题本文就不分享了。另外多线程的本质是时间片段的切换，只不过cpu处理的快，像是同时在处理。就算是多核的计算机也会涉及到状态切换等问题，这些管理都是需要消耗资源的。

所以在Qt的编程中，如果不是迫不得已的情况下，一般的我们不建议线程数多于3个。

同时，我也不建议把串口接收的类封装为一个多线程的操作，因为串口和网络这些收发数据都是异步的，操作系统会调度，完全没必要再去封装为一个多线程。把接收到的数据需要计算的，耗时处理的扔到另一个线程里，这才是我们应该考虑的事情。

但是，有时候，我们迫不得已在串口或者网口接收数据后立马做一些操作，所以也会采用多线程的串口类。

在此，再次建议大家，不要把串口、网口这些接收的类封装到多线程中。

三、代码实现

封装一个类的串口接收类。同时、TCP/UDP接收的类都可以这样封装。

头文件如下：

Class SerialRender :public QObject
{
       Q_OBJECT
public:explicitSerialRender( QObject *parent =0);~SerialRender();voidsetSerialPort( QSerialPort* serialPort );voidsetPortName( QString portName );voidsetBaudRate(int baudRate);voidsetInitData();public slots:voidopenCommSlot(bool bOpenFlag);voidreadSerialPortData();private:
     QSerialPort* m_serialPort =NULL;
     QThread * m_thread;
     QString m_portName;int m_baudRate;};

cpp文件如下：

 
    m_portName = portName ;}voidSerialRender::setBaudRate(int baudRate){
    m_baudRate = baudRate;}voidSerialRender::setInitData(){
    m_thread =newQThread();this->moveToThread(m_thread);
    m_thread->start();connect( m_serialPort ,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(readSerialPortData()));}voidSerialRender::openCommSlot(bool bOpenFlag){if( bOpenFlag ){
        m_serialPort->flush();
        m_serialPort->setPortName(m_portName);
        m_serialPort->open(QIODevice::ReadWrite);
        m_serialPort->setBaudRate(m_baudRate );
        m_serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8);
        m_serialPort->setParity(QSerialPort::NoParity);
        m_serialPort->setStopBits(QSerialPort::OneStop);if(m_serialPort->isOpen()){qDebug()<<"打开成功";}else{qDebug()<<"打开失败";}}else{
        m_serialPort->flush();
        m_serialPort->close();}}voidSerialRender::readSerialPortData(){
    QByteArray data = m_serialPort->readAll();/***do something***/}

第二种方式
qserialwork.h

#ifndefQSERIALWORK_H#defineQSERIALWORK_H#include<QObject>#include<QSerialPort>#defineQSERIALWORK_ERR_OK0#defineQSERIALWORK_ERR_OPEN_SUCCESS1#defineQSERIALWORK_ERR_OPEN_FAILED2classQSerialWork:publicQObject{
    Q_OBJECT
public:explicitQSerialWork(QObject *parent =nullptr);~QSerialWork();voidInitSerialPort();boolisOpen();public slots:voidOpenPort(QString portName);voidClosePort();voidWriteData(const QByteArray& buf, qint64 len);private slots:voidDataArrived();

signals:voidNewData(QByteArray data);voidState(int err);private:

    QSerialPort* m_serialPort;bool m_isOpen;};#endif// QSERIALWORK_H

qserialwork.cpp

#include"qserialwork.h"#include<QCoreApplication>#include<QDataStream>#include<QDateTime>#include<QDir>#include<QThread>#include<QtDebug>QSerialWork::QSerialWork(QObject *parent):QObject(parent){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();

    m_isOpen =false;}QSerialWork::~QSerialWork(){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();}voidQSerialWork::InitSerialPort(){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();

    m_serialPort =newQSerialPort(this);connect(m_serialPort,&QSerialPort::readyRead,this,&QSerialWork::DataArrived);}boolQSerialWork::isOpen(){return m_isOpen;}voidQSerialWork::OpenPort(QString portName){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();

    m_serialPort->setPortName(portName);
    m_serialPort->setBaudRate(QSerialPort::Baud115200);
    m_serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8);
    m_serialPort->setParity(QSerialPort::NoParity);
    m_serialPort->setStopBits(QSerialPort::OneStop);
    m_serialPort->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);

    m_isOpen = m_serialPort->open(QSerialPort::ReadWrite);if(m_isOpen){
        emit State(QSERIALWORK_ERR_OPEN_SUCCESS);}else{
        emit State(QSERIALWORK_ERR_OPEN_FAILED);}}voidQSerialWork::ClosePort(){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();

    m_serialPort->close();}voidQSerialWork::WriteData(const QByteArray& buf, qint64 len){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();

    m_serialPort->write(buf, len);//    QString str = "fb200580ff020a00f8010000100000000100e71345040000fd0d0ffe";//    QByteArray send_buf = QByteArray::fromHex(str.toLatin1());//    emit NewData(send_buf);}voidQSerialWork::DataArrived(){qDebug()<< __FUNCTION__ <<"Thread ID:"<<QThread::currentThreadId();

    QByteArray data = m_serialPort->readAll();

    emit NewData(data);}