PyQt5 QThread 的多個方面詳解

一、QThread 的背景和概念

Python語言下的GUI編程常用的庫是PyQt5，而其中的QThread則是經常用到的一個類。QThread是封裝了線程（thread）的Qt庫中的類。線程是我們常說的一個程序中的獨立流程，它是一個包含指令序列的執行單元，是一個進程內部的一個相對獨立的、可調度的執行單元。有了線程可以實現多任務並行執行，提高程序的執行效率。但實現多線程程序不是一件容易的事情，有許多難以解決的問題，而PyQt5中的QThread類就提供了一個相對較簡單的線程實現方式。

在使用QThread之前，需要了解一些與多線程有關的概念，包括：sleep、信號（Signal）和槽（Slot）等概念。sleep是使線程進入睡眠狀態，暫停執行一段時間後重新執行。信號和槽是在不同線程間通訊的機制，其中信號是在發生某個特定事件時發送的一種消息，而槽則是由線程處理該消息並執行相應的動作。

import time, threading

def func():
    for i in range(5):
        time.sleep(1)
        print('func executed')

t = threading.Thread(target=func)
t.start()

二、QThread 的基本用法

QThread類的應用可以分為兩步：第一步是創建QThread對象，第二步是在QThread對象中創建一個自定義的類繼承QThread，並重寫其run方法。run方法就是我們想要在線程中執行的代碼。在自定義類中可以使用信號和槽機制與主線程（或其他線程）交互。

下面是一個簡單的QThread使用示例，先看代碼：

import sys
from PyQt5.QtCore import QThread, pyqtSignal
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QLabel


class Worker(QThread):
    signal_output = pyqtSignal(str)

    def __init__(self, parent=None):
        super(Worker, self).__init__(parent)

    def run(self):
        for i in range(3):
            self.signal_output.emit(f"Worker thread output {i}")
            self.sleep(1)

class MainWidget(QWidget):
    def __init__(self, parent=None):
        super(MainWidget, self).__init__(parent)
        self.label = QLabel(self)
        self.worker = Worker(self)

        self.worker.signal_output.connect(self.handle_output)
        self.worker.start()

    def handle_output(self, msg):
        self.label.setText(msg)


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    w = MainWidget()
    w.show()
    sys.exit(app.exec_())

這段代碼的功能是創建一個主線程的QWidget窗口，其中包含一個QLabel標籤。在程序運行時，會啟動一個子線程（即Worker類），每隔一秒發送一個信號並emit（激活）一個自定義的信號signal_output，發送內容是字符串“Worker thread output i”，其中 i 從 0 開始每次加 1。而界面則會在接收到信號後把字符串顯示到QLabel標籤上。

三、QThread 的高級應用

除了基本的使用外，QThread還有一些高級用法，例如如何優雅地停止線程、如何在線程中使用QTimer、QThreadPool等等。

下面是一個使用QTimer的例子，在子線程中每隔1秒將數據+1並輸出，同時還有一個按下按鈕可以暫停線程：

import sys
from PyQt5.QtCore import QThread, QTimer, pyqtSlot, pyqtSignal
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QLabel, QVBoxLayout, QPushButton


class Worker(QThread):
    signal_output = pyqtSignal(int)

    def __init__(self, parent=None):
        super(Worker, self).__init__(parent)
        self.timer = QTimer(self)
        self.timer.timeout.connect(self._process_data)
        self.iteration = 0
        self.is_running = True

    def _process_data(self):
        self.iteration += 1
        self.signal_output.emit(self.iteration)

    def run(self):
        self.timer.start(1000)

        while self.is_running:
            self.sleep(1)

        self.timer.stop()

    def stop(self):
        self.is_running = False


class MainWidget(QWidget):
    def __init__(self, parent=None):
        super(MainWidget, self).__init__(parent)
        self.label = QLabel(self)
        self.button = QPushButton("Stop", self)

        self.layout = QVBoxLayout(self)
        self.layout.addWidget(self.label)
        self.layout.addWidget(self.button)

        self.worker = Worker(self)

        self.worker.signal_output.connect(self.handle_output)
        self.button.clicked.connect(self.worker.stop)

        self.worker.start()

    @pyqtSlot(int)
    def handle_output(self, value):
        self.label.setText(f"Worker thread output {value}")


if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    w = MainWidget()
    w.show()
    sys.exit(app.exec_())

這段代碼採用QTimer作為定時器，每隔1秒觸發一次_process_data函數，將iteration的數值加1，並將數值emit到自定義的信號signal_output中。同時，在外部有一個按鈕可以調用worker的stop方法，以便優雅地停止線程。

四、總結

QThread是PyQt5庫中常用的多線程編程類，可以輕鬆地實現多線程效果。在應用QThread時需要注意一些線程概念和信號槽機制，並且如果需要更高級的應用（例如使用QTimer、QThreadPool等）則需要對QThread類更加深入地了解。