Как я могу обнаружить зависание в QEventLoop?

Я не уверен, правильно ли сформулирован заголовок моего вопроса, поэтому, чтобы объяснить, что я действительно имею в виду, рассмотрим следующий пример:

Я создаю QApplication и QWidget с QPushButton на нем. Затем я прикрепляю обработчик к сигналу щелчка от кнопки, которая выглядит так:

void MyWidget::on_pushButton_clicked(){
    //Never return
    while(true);
}

Наконец, я запускаю цикл событий для приложения, и когда я запускаю программу, и окно появляется, нажмите кнопку.

Это в моем случае остановит все приложение. Итак, мой вопрос на этом этапе заключается в том, как я могу "обнаружить", что этот вид зависания произошел в моем приложении из кода?

Я знаю, что писать код, который не возвращается в обработчик сигнала, - это плохая практика, я задаю этот вопрос, потому что хочу обнаружить ошибки и восстановить их, возможно, полностью перезапустив приложение, чтобы повысить устойчивость при производстве.

Спасибо!

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Чтобы обнаружить зависающий цикл событий, вам нужно обернуть операцию, которая может висеть цикл события, чтобы определить, когда она занимает слишком много времени. "Операция" - это элемент QCoreApplication::notify. Он предназначен для доставки событий ко всем циклам событий во всех потоках. Видение цикла события происходит, когда код, обрабатывающий событие, занимает слишком много времени.

Когда notify вводится для данного потока, вы можете указать время ввода. Сканер, работающий в выделенном потоке, затем может перебирать список таких периодов и забирать потоки, которые застряли слишком долго.

Пример ниже иллюстрирует это, с гистограммами. Поток с циклом событий, который застрял дольше, чем порог тайм-аута, будет выделен красным цветом. Я также иллюстрирую, как можно обернуть область просмотра вокруг источника данных. Qt 5 и компилятор С++ 11.

Примечание. Предупреждения QBasicTimer::stop: Failed. Possibly trying to stop from a different thread время выполнения QBasicTimer::stop: Failed. Possibly trying to stop from a different thread QBasicTimer::stop: Failed. Possibly trying to stop from a different thread темы не является реальной проблемой. Они являются ошибкой Qt только косметических последствий и могут быть проигнорированы в данном конкретном случае. Вы можете обойти их - см. Этот вопрос.

screenshot

// https://github.com/KubaO/stackoverflown/tree/master/questions/eventloop-hang-25038829
#include <QtWidgets>
#include <QtConcurrent>
#include <random>

std::default_random_engine reng;

int ilog2(qint64 val) {
  Q_ASSERT(val >= 0);
  int ret = -1;
  while (val != 0) { val >>= 1; ret++; }
  return ret;
}

/// The value binned to contain at most \a binaryDigits significant digits.
/// The less significant digits are reset to zero.
qint64 binned(qint64 value, int binaryDigits)
{
  Q_ASSERT(binaryDigits > 0);
  qint64 mask = -1;
  int clrBits = ilog2(value) - binaryDigits;
  if (clrBits > 0) mask <<= clrBits;
  return value & mask;
}

/// A safely destructible thread for perusal by QObjects.
class Thread final : public QThread {
  Q_OBJECT
  void run() override {
    connect(QAbstractEventDispatcher::instance(this),
            &QAbstractEventDispatcher::aboutToBlock,
            this, &Thread::aboutToBlock);
    QThread::run();
  }
  QAtomicInt inDestructor;
public:
  using QThread::QThread;
  /// Take an object and prevent timer resource leaks when the object is about
  /// to become threadless.
  void takeObject(QObject *obj) {
    // Work around to prevent
    // QBasicTimer::stop: Failed. Possibly trying to stop from a different thread
    static constexpr char kRegistered[] = "__ThreadRegistered";
    static constexpr char kMoved[] = "__Moved";
    if (!obj->property(kRegistered).isValid()) {
      QObject::connect(this, &Thread::finished, obj, [this, obj]{
        if (!inDestructor.load() || obj->thread() != this)
          return;
        // The object is about to become threadless
        Q_ASSERT(obj->thread() == QThread::currentThread());
        obj->setProperty(kMoved, true);
        obj->moveToThread(this->thread());
      }, Qt::DirectConnection);
      QObject::connect(this, &QObject::destroyed, obj, [obj]{
        if (!obj->thread()) {
          obj->moveToThread(QThread::currentThread());
          obj->setProperty(kRegistered, {});
        }
        else if (obj->thread() == QThread::currentThread() && obj->property(kMoved).isValid()) {
          obj->setProperty(kMoved, {});
          QCoreApplication::sendPostedEvents(obj, QEvent::MetaCall);
        }
        else if (obj->thread()->eventDispatcher())
          QTimer::singleShot(0, obj, [obj]{ obj->setProperty(kRegistered, {}); });
      }, Qt::DirectConnection);

      obj->setProperty(kRegistered, true);
    }
    obj->moveToThread(this);
  }
  ~Thread() override {
    inDestructor.store(1);
    requestInterruption();
    quit();
    wait();
  }
  Q_SIGNAL void aboutToBlock();
};

/// An application that monitors event loops in all threads.
class MonitoringApp : public QApplication {
  Q_OBJECT
  Q_PROPERTY(int timeout READ timeout WRITE setTimeout MEMBER m_timeout)
  Q_PROPERTY(int updatePeriod READ updatePeriod WRITE setUpdatePeriod MEMBER m_updatePeriod)
public:
  using Histogram = QMap<qint64, uint>;
  using Base = QApplication;
private:
  struct ThreadData {
    /// A saturating, binned histogram of event handling durations for given thread.
    Histogram histogram;
    /// Number of milliseconds between the epoch and when the event handler on this thread
    /// was entered, or zero if no event handler is running.
    qint64 ping = 0;
    /// Number of milliseconds between the epoch and when the last histogram update for
    /// this thread was broadcast
    qint64 update = 0;
    /// Whether the thread event loop is considered stuck at the moment
    bool stuck = false;
    /// Whether the thread is newly detected
    bool newThread = true;
  };
  using Threads = QMap<QThread*, ThreadData>;
  QMutex m_mutex;
  Threads m_threads;
  int m_timeout = 1000;
  int m_updatePeriod = 250;

  class StuckEventLoopNotifier : public QObject {
    MonitoringApp *m_app;
    QBasicTimer m_timer;
    struct State { QThread *thread; qint64 elapsed; };
    QVector<State> m_toEmit;
    void timerEvent(QTimerEvent * ev) override {
      if (ev->timerId() != m_timer.timerId()) return;
      int timeout = m_app->m_timeout;
      auto now = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
      m_toEmit.clear();
      QMutexLocker lock(&m_app->m_mutex);
      for (auto it = m_app->m_threads.begin(); it != m_app->m_threads.end(); ++it) {
        if (it->ping == 0) continue;
        qint64 elapsed = now - it->ping;
        it->stuck = elapsed > timeout;
        m_toEmit.push_back({it.key(), it->stuck ? elapsed : 0});
      }
      lock.unlock();
      for (auto &sig : qAsConst(m_toEmit)) emit m_app->loopStateChanged(sig.thread, sig.elapsed);
    }
  public:
    explicit StuckEventLoopNotifier(MonitoringApp * app) : m_app(app) {
      m_timer.start(100, Qt::CoarseTimer, this);
    }
  };
  StuckEventLoopNotifier m_notifier{this};
  Thread m_notifierThread;
  void threadFinishedSlot() {
    auto const thread = qobject_cast<QThread*>(QObject::sender());
    QMutexLocker lock(&m_mutex);
    auto it = m_threads.find(thread);
    if (it == m_threads.end()) return;
    auto const histogram(it->histogram);
    bool stuck = it->stuck;
    m_threads.erase(it);
    lock.unlock();
    emit newHistogram(thread, histogram);
    if (stuck) emit loopStateChanged(thread, 0);
    emit threadFinished(thread);
  }
  Q_SIGNAL void newThreadSignal(QThread*, const QString &);
protected:
  bool notify(QObject * receiver, QEvent * event) override {
    auto const curThread = QThread::currentThread();
    QElapsedTimer timer;
    auto now = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
    QMutexLocker lock(&m_mutex);
    auto &thread = m_threads[curThread];
    thread.ping = now;
    bool newThread = false;
    std::swap(newThread, thread.newThread);
    lock.unlock();
    if (newThread) {
      connect(curThread, &QThread::finished, this, &MonitoringApp::threadFinishedSlot);
      struct Event : QEvent {
        QThread *thread;
        QPointer<MonitoringApp> app;
        explicit Event(QThread *thread, MonitoringApp *app) :
          QEvent(QEvent::None), thread(thread), app(app) {}
        ~Event() override {
          // objectName() can only be invoked from the object thread
          emit app->newThreadSignal(thread, thread->objectName());
        }
      };
      QCoreApplication::postEvent(curThread, new Event(curThread, this));
    }
    timer.start();
    auto result = Base::notify(receiver, event); // This is where the event loop can get "stuck".
    auto duration = binned(timer.elapsed(), 3);
    now += duration;
    lock.relock();
    if (thread.histogram[duration] < std::numeric_limits<Histogram::mapped_type>::max())
      ++thread.histogram[duration];
    thread.ping = 0;
    qint64 sinceLastUpdate = now - thread.update;
    if (sinceLastUpdate >= m_updatePeriod) {
      auto const histogram = thread.histogram;
      thread.update = now;
      lock.unlock();
      emit newHistogram(curThread, histogram);
    }
    return result;
  }
public:
  explicit MonitoringApp(int & argc, char ** argv);
  /// The event loop for a given thread has gotten stuck, or unstuck.
  /** A zero elapsed time indicates that the loop is not stuck. The signal will be
    * emitted periodically with increasing values of 'elapsed' for a given thread as long
    * as the loop is stuck. The thread might not exist when this notification is received. */
  Q_SIGNAL void loopStateChanged(QThread *, int elapsed);
  /// The first event was received in a newly started thread event loop.
  /** The thread might not exist when this notification is received. */
  Q_SIGNAL void newThread(QThread *, const QString & threadName);
  /// The thread has a new histogram available.
  /** This signal is not sent more often than each updatePeriod().
    * The thread might not exist when this notification is received. */
  Q_SIGNAL void newHistogram(QThread *, const MonitoringApp::Histogram &);
  /// The thread has finished.
  /** The thread might not exist when this notification is received. A newHistogram
    * signal is always emitted prior to this signal emission. */
  Q_SIGNAL void threadFinished(QThread *);
  /// The maximum number of milliseconds an event handler can run before the event loop
  /// is considered stuck.
  int timeout() const { return m_timeout; }
  Q_SLOT void setTimeout(int timeout) { m_timeout = timeout; }
  int updatePeriod() const { return m_updatePeriod; }
  Q_SLOT void setUpdatePeriod(int updatePeriod) { m_updatePeriod = updatePeriod; }
};
Q_DECLARE_METATYPE(MonitoringApp::Histogram)

MonitoringApp::MonitoringApp(int &argc, char **argv) :
  MonitoringApp::Base(argc, argv)
{
  qRegisterMetaType<MonitoringApp::Histogram>();
  connect(this, &MonitoringApp::newThreadSignal, this, &MonitoringApp::newThread,
          Qt::QueuedConnection);
  m_notifierThread.setObjectName("notifierThread");
  m_notifierThread.takeObject(&m_notifier);
  m_notifierThread.start();
}

QImage renderHistogram(const MonitoringApp::Histogram &h) {
  const int blockX = 2, blockY = 2;
  QImage img(1 + h.size() * blockX, 32 * blockY, QImage::Format_ARGB32_Premultiplied);
  img.fill(Qt::white);
  QPainter p(&img);
  int x = 0;
  for (auto it = h.begin(); it != h.end(); ++it) {
    qreal key = it.key() > 0 ? log2(it.key()) : 0.0;
    QBrush b = QColor::fromHsv(qRound(240.0*(1.0 - key/32.0)), 255, 255);
    p.fillRect(QRectF(x, img.height(), blockX, -log2(it.value()) * blockY), b);
    x += blockX;
  }
  return img;
}

class MonitoringViewModel : public QStandardItemModel {
  Q_OBJECT
  struct Item {
    bool set = false;
    QStandardItem *caption = 0, *histogram = 0;
    void setCaption(QThread* thread, const QString &name) {
      auto text = QStringLiteral("0x%1 \"%2\"").arg(std::intptr_t(thread), 0, 16).arg(name);
      caption->setText(text);
    }
  };
  QMap<QThread*, Item> m_threadItems;
  Item &itemFor(QThread *thread, bool set = true) {
    Item &item = m_threadItems[thread];
    if (set && !item.set) {
      item.caption = new QStandardItem;
      item.histogram = new QStandardItem;
      item.caption->setEditable(false);
      item.histogram->setEditable(false);
      int row = rowCount() ? 1 : 0;
      insertRow(row);
      setItem(row, 0, item.caption);
      setItem(row, 1, item.histogram);
      item.set = true;
      newHistogram(thread, MonitoringApp::Histogram());
    }
    return item;
  }
  void newThread(QThread *thread, const QString &name) {
    itemFor(thread).setCaption(thread, name);
  }
  void newHistogramImage(QThread *thread, const QImage &img) {
    auto &item = itemFor(thread, false);
    if (!item.set) return;
    item.histogram->setSizeHint(img.size());
    item.histogram->setData(img, Qt::DecorationRole);
  }
  Q_SIGNAL void newHistogramImageSignal(QThread *thread, const QImage &img);
  void newHistogram(QThread *thread, const MonitoringApp::Histogram &histogram) {
    QtConcurrent::run([this, thread, histogram]{
      emit newHistogramImageSignal(thread, renderHistogram(histogram));
    });
  }
  void loopStateChanged(QThread *thread, int elapsed) {
    auto &item = itemFor(thread);
    item.caption->setData(elapsed ? QColor(Qt::red) : QColor(Qt::transparent), Qt::BackgroundColorRole);
  }
  void threadFinished(QThread *thread) {
    auto &item = itemFor(thread);
    item.caption->setText(QStringLiteral("Finished %1").arg(item.caption->text()));
    item.set = false;
  }
public:
  MonitoringViewModel(QObject *parent = 0) : QStandardItemModel(parent) {
    connect(this, &MonitoringViewModel::newHistogramImageSignal,
            this, &MonitoringViewModel::newHistogramImage);
    auto app = qobject_cast<MonitoringApp*>(qApp);
    connect(app, &MonitoringApp::newThread, this, &MonitoringViewModel::newThread);
    connect(app, &MonitoringApp::newHistogram,  this, &MonitoringViewModel::newHistogram);
    connect(app, &MonitoringApp::threadFinished, this, &MonitoringViewModel::threadFinished);
    connect(app, &MonitoringApp::loopStateChanged, this, &MonitoringViewModel::loopStateChanged);
  }
};

class WorkerObject : public QObject {
  Q_OBJECT
  int m_trials = 2000;
  double m_probability = 0.2;
  QBasicTimer m_timer;
  void timerEvent(QTimerEvent * ev) override {
    if (ev->timerId() != m_timer.timerId()) return;
    QThread::msleep(std::binomial_distribution<>(m_trials, m_probability)(reng));
  }
public:
  using QObject::QObject;
  Q_SIGNAL void stopped();
  Q_SLOT void start() { m_timer.start(0, this); }
  Q_SLOT void stop() { m_timer.stop(); emit stopped(); }
  int trials() const { return m_trials; }
  void setTrials(int trials) { m_trials = trials; }
  double probability() const { return m_probability; }
  void setProbability(double p) { m_probability = p; }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  MonitoringApp app(argc, argv);
  MonitoringViewModel model;
  WorkerObject workerObject;
  Thread workerThread;
  workerThread.setObjectName("workerThread");

  QWidget w;
  QGridLayout layout(&w);
  QTableView view;
  QLabel timeoutLabel;
  QSlider timeout(Qt::Horizontal);
  QGroupBox worker("Worker Thread");
  worker.setCheckable(true);
  worker.setChecked(false);
  QGridLayout wLayout(&worker);
  QLabel rangeLabel, probabilityLabel;
  QSlider range(Qt::Horizontal), probability(Qt::Horizontal);

  timeoutLabel.setMinimumWidth(50);
  QObject::connect(&timeout, &QSlider::valueChanged, &timeoutLabel, (void(QLabel::*)(int))&QLabel::setNum);
  timeout.setMinimum(50);
  timeout.setMaximum(5000);
  timeout.setValue(app.timeout());
  view.setModel(&model);
  view.verticalHeader()->setSectionResizeMode(QHeaderView::ResizeToContents);

  layout.addWidget(&view, 0, 0, 1, 3);
  layout.addWidget(new QLabel("Timeout"), 1, 0);
  layout.addWidget(&timeoutLabel, 1, 1);
  layout.addWidget(&timeout, 1, 2);
  layout.addWidget(&worker, 2, 0, 1, 3);

  QObject::connect(&range, &QAbstractSlider::valueChanged, [&](int p){
    rangeLabel.setText(QString("Range %1 ms").arg(p));
    workerObject.setTrials(p);
  });
  QObject::connect(&probability, &QAbstractSlider::valueChanged, [&](int p){
    double prob = p / (double)probability.maximum();
    probabilityLabel.setText(QString("Probability %1").arg(prob, 0, 'g', 2));
    workerObject.setProbability(prob);
  });
  range.setMaximum(10000);
  range.setValue(workerObject.trials());
  probability.setValue(workerObject.probability() * probability.maximum());

  wLayout.addWidget(new QLabel("Sleep Time Binomial Distribution"), 0, 0, 1, 2);
  wLayout.addWidget(&rangeLabel, 1, 0);
  wLayout.addWidget(&range, 2, 0);
  wLayout.addWidget(&probabilityLabel, 1, 1);
  wLayout.addWidget(&probability, 2, 1);

  QObject::connect(&workerObject, &WorkerObject::stopped, &workerThread, &Thread::quit);
  QObject::connect(&worker, &QGroupBox::toggled, [&](bool run) {
    if (run) {
      workerThread.start();
      QMetaObject::invokeMethod(&workerObject, "start");
    } else
      QMetaObject::invokeMethod(&workerObject, "stop");
  });
  QObject::connect(&timeout, &QAbstractSlider::valueChanged, &app, &MonitoringApp::setTimeout);
  workerThread.takeObject(&workerObject);
  w.show();
  app.exec();
}

#include "main.moc"

Ответ 2

Некоторые идеи, фактическое решение действительно зависит от того, что вам нужно делать, и какой обратной связи вам нужно иметь (пользовательский интерфейс появляется что-то, записанное в журналах? функция отладки?)

Используйте QTimer и запишите время между вызовами вашего слота

Если вызов слота задерживается значительным w.r.t. ожидаемый тайм-аут таймера, ваш цикл событий застрял где-то. Это позволит вам знать, что была проблема, но не сообщит вам, где она застряла.

Используйте отдельный QThread

Периодически передавать сигнал объекту, проживающему в основном потоке (или отправлять событие, сигнал поперечной нити реализуется через события в любом случае); слот, подключенный к этому сигналу, посылает сигнал обратно в поток. Если "понг" занимает слишком много (вы можете иметь отдельный таймер в потоке) что-то делать - abort(), raise(), то есть действие, которое приведет к остановке отладчика, и вы увидите трассировку стека основного потока, чтобы определить, где вы застряли.

Обратите внимание, что, поскольку вы используете отдельный поток, вы не можете просто всплывать ящики сообщений или подобные - нет интерфейса в других потоках! В лучшем случае запишите событие.

Используйте отдельный поток (2)

Цикл событий Qt испускает некоторые сигналы (см. QAbstractEventLoop), теоретически вы можете подключаться к ним в отдельном потоке и обнаруживать, что элемент управления больше не возвращается к нему. Или подкласс QAEL для того же средства.

Использовать QTcpServer/QLocalServer

Такая же концепция ping/pong, но с использованием отдельных процессов - напишите небольшой TCP/локальный сокет-клиент, который периодически отправляет ping вашему приложению, если понг не вернется в короткий промежуток времени (теперь вы также можете используйте пользовательский интерфейс).