使用QThread分离耗时操作

问题

使用PyQt写交互式分割的小工具，加载完图像之后，需要显示图像，同时需要生成注视点图，并显示注视点图。

于是写出了下面的【第一版代码】：

def open_image(self):
    options = QFileDialog.Options()
    file_name, _ = QFileDialog.getOpenFileName(self, "选择图片", "", "Images (*.png *.jpg *.bmp)", options=options)
    if file_name:
        self.image = cv2.imread(file_name)
        self.show_image(self.image, self.image_label)

        self.fixation_map = self.generate_fixation_map(self.image)
        self.fixation_map = predict_transal.predict(file_name)
        self.show_image(self.fixation_map, self.fixation_map_label)

运行后发现，image和fixation map显示的都很慢，image总是等待fixation map一起显示。

理想情况下，show_image在前，image应该先显示，然后再生成fixation map。image应该先显示出来，而不是等待fixation map缓慢的预测。

查阅资料发现：

PyQt中，在如果一个函数中包含多个连续操作（比如加载图像和生成注视点图），并且没有返回控制权给事件循环，界面刷新就会被阻塞，直到函数执行完毕。这是因为 PyQt 的 GUI 是单线程的，主事件循环会一直等待当前的操作完成才能更新界面。因此，长时间运行的任务会让界面冻结或延迟刷新。

解决

QTimer

对于需要短暂延迟的操作，可以使用 QTimer.singleShot() 创建非阻塞的延迟。

【第二版代码】

from PyQt5.QtCore import QTimer

self.image = cv2.imread(file_name)
self.show_image(self.image, self.image_label)
# 在显示图像后延迟一段时间生成注视点图
QTimer.singleShot(1, lambda: self.generate_fixation_map(file_name))  # 延迟1秒

QTimer.singleShot() 将任务调度为一个“单独的事件”，延迟执行，从而让事件循环有机会刷新界面。

事件循环的原理：PyQt 应用程序运行在一个事件循环中，这个循环会不断检查是否有用户事件（如鼠标点击、键盘输入等）或任务需要处理。当你直接在函数中执行一系列操作时，这些操作是顺序执行的，直到函数完全结束，事件循环才会继续处理其他任务或更新界面。

QTimer.singleShot() 的工作原理：QTimer.singleShot() 会在指定的时间（例如 1000 毫秒，即 1 秒）后触发一个“单次事件”。这个事件会在主事件循环中排队等待执行。由于 singleShot 把任务放在事件队列里并设置了延迟，当前函数会立即结束，控制权回到事件循环。这时，界面有机会刷新、显示打开的图像。

延迟后执行任务：在延迟时间过后（如 1 秒），事件循环会检查到 singleShot 添加的任务，并执行 generate_fixation_map() 方法来生成注视点图。这样做的好处是，图像会在生成注视点图之前显示，而不会等待整个过程完成。

这种方法虽然让image显示出来了，但是在fixation_map生成过程中，界面不允许任何操作，无法响应。

QThread

将耗时的操作（生成注视点图）放到单独的线程中，这样可以避免阻塞主线程，从而让界面保持响应。使用多线程实现这一目标有几种常见方法，比如 QThread 或 concurrent.futures，这里主要尝试了QThead。

使用 QThread步骤：

定义一个任务线程：创建一个专门执行耗时任务的线程类。这个类只处理图像处理任务，生成结果后再传回主线程显示。

将耗时任务放入线程：启动线程后，让它执行注视点生成任务，而不影响主线程的界面更新。

任务完成后更新界面：将生成的注视点图像传回主线程，显示在界面上。

【第三版代码】

class FixationMapThread(QThread):
    # 定义信号，用于传递生成的注视点图
    fixation_map_generated = pyqtSignal(np.ndarray)

    def __init__(self, file_name):
        super().__init__()
        self.file_name = file_name

    def run(self):
        # 在新线程中执行注视点图生成
        fixation_map = predict_transal.predict(self.file_name)
        self.fixation_map_generated.emit(fixation_map)  # 发送信号，传递生成的注视点图

class SegmentTool(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        # ...

    def open_image(self):
        # 选择并加载图片
        file_name, _ = QFileDialog.getOpenFileName(self, "选择图片", "", "Images (*.png *.jpg *.bmp)")
        if file_name:
            self.image = cv2.imread(file_name)
            self.show_image(self.image, self.image_label)

            # 创建并启动注视点图生成线程
            self.fixation_thread = FixationMapThread(file_name)
            self.fixation_thread.fixation_map_generated.connect(self.show_fixation_map)  # 连接信号
            self.fixation_thread.start()

    def show_image(self, img, label):
        # ...

    def show_fixation_map(self, fixation_map):
        self.fixation_map = fixation_map
        self.show_image(fixation_map, self.fixation_map_label)

if __name__ == "__main__":
    app = QApplication([])
    window = SegmentTool()
    window.show()
    app.exec_()

FixationMapThread：这是一个自定义线程类，继承自 QThread。它负责在后台生成注视点图，并通过信号 fixation_map_generated 将生成的注视点图发送到主线程。
open_image 方法：当用户打开图像时，主线程负责显示图像，然后创建并启动 FixationMapThread，将文件名传递给线程。
show_fixation_map 方法：该方法接收从 FixationMapThread 发出的信号，获取生成的注视点图并显示在主界面上。

这种实现方法，首先界面不会卡顿：生成注视点图的任务在后台执行，不会阻塞主线程，因此图像可以立即显示。同时，更新流畅：注视点图生成完成后，通过信号更新界面，避免了界面刷新延迟。