面试题：Python多线程在复杂图形界面中的资源管理

Question

假设你正在使用PyQt开发一个复杂的图形界面应用，该应用需要从网络持续获取数据并更新界面。在使用多线程时，可能会遇到资源竞争的问题，尤其是在更新图形界面组件的时候。请描述如何使用线程锁（mutex）和信号机制来确保数据的一致性和界面更新的流畅性，并给出关键代码片段。

Answer 1

使用线程锁（Mutex）确保数据一致性

1. 线程锁的作用：线程锁（QMutex 在 PyQt 中）用于防止多个线程同时访问共享资源，避免资源竞争。当一个线程获取了锁，其他线程必须等待锁被释放才能访问共享资源。
2. 关键代码片段：

import sys
import threading
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow
from PyQt5.QtCore import QMutex

class DataManager:
    def __init__(self):
        self.mutex = QMutex()
        self.shared_data = None

    def update_data(self, new_data):
        self.mutex.lock()
        try:
            self.shared_data = new_data
        finally:
            self.mutex.unlock()

    def get_data(self):
        self.mutex.lock()
        try:
            return self.shared_data
        finally:
            self.mutex.unlock()

使用信号机制更新界面

1. 信号机制的作用：PyQt 的信号与槽机制允许在不同线程间安全地通信，特别是用于更新图形界面。因为图形界面的更新必须在主线程进行，通过信号，工作线程可以将数据传递给主线程，主线程的槽函数负责更新界面。
2. 关键代码片段：

import sys
import threading
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QLabel
from PyQt5.QtCore import pyqtSignal, QObject
import time


class DataFetcher(QObject):
    data_updated = pyqtSignal(object)

    def __init__(self, data_manager):
        super().__init__()
        self.data_manager = data_manager
        self.thread = threading.Thread(target=self.fetch_data)
        self.thread.start()

    def fetch_data(self):
        while True:
            new_data = "new data from network"  # 模拟从网络获取数据
            self.data_manager.update_data(new_data)
            self.data_updated.emit(self.data_manager.get_data())
            time.sleep(1)


class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.data_manager = DataManager()
        self.data_fetcher = DataFetcher(self.data_manager)
        self.label = QLabel(self)
        self.setCentralWidget(self.label)
        self.data_fetcher.data_updated.connect(self.update_ui)

    def update_ui(self, data):
        self.label.setText(f"Data: {data}")


if __name__ == "__main__":
    app = QApplication(sys.argv)
    window = MainWindow()
    window.show()
    sys.exit(app.exec_())

在上述代码中，DataManager 类使用 QMutex 来保护共享数据 shared_data。DataFetcher 类在新线程中模拟从网络获取数据，更新共享数据并通过信号 data_updated 发送数据。MainWindow 类接收信号并在主线程更新界面，从而确保数据一致性和界面更新的流畅性。