Qt单写线程是否需要互斥锁？Release模式主线程死循环问题求解

问题根因 #

Release模式下编译器会开启代码优化，由于主线程中没有修改t.n的逻辑，编译器会直接将t.n的初始值0缓存到CPU寄存器中，后续每次判断t.n==0时只会读取寄存器中的缓存值，不会重新读取内存中的实际值，子线程对t.n的修改对主线程不可见，因此陷入无限循环。Debug模式下优化等级低，不会做变量缓存，所以运行正常。
你之前认为只有一个写入线程不需要互斥锁，但忽略了多线程场景下的共享变量可见性要求，哪怕没有多写冲突，也需要保证跨线程的修改能被其他线程感知到。另外你的代码中m同样是跨线程读写的共享变量，也存在同样的可见性风险。

解决方案 #

这里提供3种可行方案，优先推荐方案1，符合C++多线程编码规范：

方案1：将共享变量声明为原子类型 #

直接使用Qt提供的QAtomicInt或者C++标准库的std::atomic<int>，原子类型天生保证跨线程的操作可见性和原子性，不需要额外加锁。
修改后的代码示例：

#include<QApplication>
#include<QThread>
#include<QAtomicInt> // 引入原子类型头文件
class MyThread :public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    QAtomicInt n = 0; // 替换原int n
    QAtomicInt m = 1; // 替换原int m，规避同样的可见性问题
    void run()override;
};
void MyThread::run()
{
    for (; m.load();) { // 原子变量读取调用load()方法
        QThread::msleep(3000);
        n.store(1); // 原子变量写入调用store()方法
    }
}
int main(int argc, char*argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    MyThread t;
    t.start();
    for (; 1;)
    {
        if (t.n.load() != 0)
        {
            break;
        }
    }
    t.m.store(0);
    t.quit();
    t.wait();
    return 0;
}
#include"main.moc"

方案2：添加编译器内存屏障 #

如果不想修改变量类型，可以在主线程的判断逻辑前加内存屏障，强制编译器每次都重新读取内存中的变量值，禁止优化变量缓存：

int main(int argc, char*argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    MyThread t;
    t.start();
    for (; 1;)
    {
        // 内存屏障，强制编译器刷新变量读取逻辑
        asm volatile("" : : : "memory");
        if (t.n != 0)
        {
            break;
        }
    }
    asm volatile("" : : : "memory");
    t.m = 0;
    t.quit();
    t.wait();
    return 0;
}

注意：该方案依赖编译器对内联汇编的支持，可移植性低于方案1。

方案3：使用Qt信号槽做跨线程通知 #

Qt的信号槽天然支持跨线程通信，不需要手动处理变量可见性问题，是Qt框架下更符合设计规范的实现方式，同时也解决了原代码自定义死循环占满CPU核心的问题：

#include<QApplication>
#include<QThread>
class MyThread :public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    int m = 1;
    void run()override;
signals:
    void exitNotify(); // 定义退出通知信号
};
void MyThread::run()
{
    for (; m;) {
        QThread::msleep(3000);
        emit exitNotify(); // 触发退出通知
    }
}
int main(int argc, char*argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    MyThread t;
    // 绑定信号触发后的退出逻辑
    QObject::connect(&t, &MyThread::exitNotify, &a, [&](){
        t.m = 0;
        t.quit();
        t.wait();
        a.exit(0);
    });
    t.start();
    return a.exec(); // 使用Qt原生事件循环替代自定义死循环
}
#include"main.moc"

内容的提问来源于stack exchange，提问作者kenash0625