QThreadの使い方を教えて下さい

前提

Python 3.x
RaspberryPi 3 B
PyQt5

やりたいこと

「GUI上で自動ドアを操作したい」

自動ボタンを押す
①焦電センサでモノを検知
②リードスイッチ２が反応するまでモーターを正転
③モーター停止
④リードスイッチ１が反応するまでモータを逆転
⑤モーター停止
①～⑤がループ

停止ボタンを押す
モーターが停止する

状況

下のようなコードを作成し、自動ボタンを押したところGUIが固まってしまいました。
これについて、「GUIアプリケーションはメインスレッドでイベントループが動いており、while を使うとイベントループが止まってしまうため GUI が動かなくなる」ということを教えていただきました。
また、それを回避するにはサブスレッドを作成して、そこで while を使うといいと教えていただきました。

そこで、私なりに調べてみたところサブスレッドを作るために QThread か QtConcurrent を使うとよいと書かれていました。しかし、使い方がいまいち分かりませんでした。
分からないことが多すぎて、**質問が大枠になってしまいますが QThread か QtConcurrent の使い方をご教授ください。
**
また while を使わなくても、処理をループさせる方法などがあればご教授ください。

無知な私ですがよろしくお願いします。
ただ、現在手元に動作確認できる機材がないため、下のコードがどのように動くか不明です。


python

import sys
from PyQt5.QtWidgets import *
from PyQt5.QtGui import *
from PyQt5.QtCore import *
import subprocess
import time
import numpy as np
import cv2
import RPi.GPIO as GPIO


Shoden_PIN=22

Motor_PIN_1=24
Motor_PIN_2=25

Reed_PIN_1=17
Reed_PIN_2=27

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(Shoden_PIN, GPIO.IN)
GPIO.setup(Reed_PIN_1, GPIO.IN)
GPIO.setup(Reed_PIN_2, GPIO.IN)

def _init_GPIO():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(Motor_PIN_1, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(Motor_PIN_2, GPIO.OUT)

def Motor_Forward():
    _init_GPIO()
    GPIO.output(Motor_PIN_1, 1)
    GPIO.output(Motor_PIN_2, 0)

def Motor_Backward():
    _init_GPIO()
    GPIO.output(Motor_PIN_1, 0)
    GPIO.output(Motor_PIN_2, 1)

def Motor_Stop():
    _init_GPIO()
    GPIO.output(Motor_PIN_1, 0)
    GPIO.output(Motor_PIN_2, 0)


class Tab1Widget(QWidget):

    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.title = "GUI test"
        self.left = 10
        self.top = 10
        self.width = 640
        self.height = 480
        self.initUI()
        self.counter = 0

    def initUI(self):


        super(Tab1Widget, self).__init__()


        btn1 = QPushButton("自動", self)
        btn2 = QPushButton("停止", self)

        btn1.clicked.connect(self.auto )
        btn2.clicked.connect(self.stop )

        self.textbox4 = QLineEdit(self)


        label3 = QLabel("自動ドア")
        label4 = QLabel("ドアの状態")

        layoutA = QGridLayout()
        layoutA.addWidget(label4,0,0)
        layoutA.addWidget(self.textbox4,0,1)
        layoutA.addWidget(btn1,1,0)
        layoutA.addWidget(btn2,1,1)

        layoutB = QVBoxLayout()
        layoutB.addWidget(label3)
        layoutB.addLayout(layoutA)

        self.setLayout(layoutB)

        self.show()


'''
焦電センサが物体を検知
モーターが正転
リードスイッチ２が反応
モーター停止
モーターが逆転
リードスイッチ１が反応
モーター停止
'''
    def auto(self):
        if __name__ == '__main__':
            try:
                while 1:
                    self.textbox4.setText("CLOSE")
                    if GPIO.input(Shoden_PIN)==GPIO.HIGH:
                        self.textbox4.setText("OPEN")
                        Motor_Forward()
                        while 1:
                            if GPIO.input(Reed_PIN_2)==GPIO.HIGH:
                                GPIO.cleanup()
                                Motor_Stop()
                                time.sleep(1)
                                GPIO.cleanup()
                                Motor_Backward()
                                while 1:
                                    if GPIO.input(Reed_PIN_1)==GPIO.HIGH:
                                        self.textbox4.setText("CLOSE")
                                        GPIO.cleanup()
                                        Motor_Stop()
                                        GPIO.cleanup()
                                        break

                                    else:
                                        pass

                                break

                            else:
                                pass
                    else:
                        pass

            except Exception as e:
                print("Error")

            finally:
                GPIO.cleanup()
                print("GPIO clean")

    def stop(self):
        Motor_Stop()
        GPIO.cleanup()




if __name__ == "__main__":
    app = QApplication(sys.argv)
    ex = Tab1Widget()
    sys.exit(app.exec_())

行動規範の内容に同意します

回答2件

GPIOは別にして、本題の回答 QThreadの使い方、折角書いたので投稿します。
スレッドとタイマーを使ったデモです。(説明はソース内)

autoFreeze ... 現状のGUIが固まる実装 -> 原因の把握
autoTimer ... QTimer を使った回避策 -> whileループから Timer の書き換え
autoThread ... QThread のイベントループ上で QTimer を実行
autoThreadInherit ... QThread上でループ (問題点を提示する為の比較用)

python
1from PyQt5.QtCore import Qt, QObject, QTimer, QThread, pyqtSignal, pyqtSlot
2from PyQt5.QtWidgets import (
3    QApplication, QWidget,
4    QPushButton, QLabel, QTextBrowser, QComboBox,
5    QHBoxLayout, QVBoxLayout)
6
7
8class MainWindow(QWidget):
9    def __init__(self, parent=None):
10        super().__init__(parent)
11        self.initUI()
12
13    def initUI(self):
14        label = self.label = QLabel("")
15        button1 = self.start_button = QPushButton("Start")
16        button2 = self.stop_button = QPushButton("Stop")
17        combo = QComboBox()
18        textarea = QTextBrowser()
19 
20        # 左上コンボボックスで「Start」ボタンを押した時に呼び出す関数を切り替えます。
21        items = ["autoFreeze", "autoTimer", "autoThread", "autoThreadInherit"]
22        func = None
23        def set_start_func(label):
24            nonlocal func
25            if func:
26                self.start_button.clicked.disconnect(func)
27            func = getattr(self, label)
28            self.start_button.clicked.connect(func)
29
30            import inspect
31            src = inspect.getsource(func)
32            textarea.setText(src)
33
34        combo.currentIndexChanged[str].connect(set_start_func)
35        combo.addItems(items)
36
37        vbox = QVBoxLayout()
38        vbox.addWidget(combo)
39        vbox.addWidget(label)
40        vbox.addWidget(button1)
41        vbox.addWidget(button2)
42
43        hbox = QHBoxLayout(self)
44        hbox.addLayout(vbox)
45        hbox.addWidget(textarea)
46
47    def setCount(self, count):
48        # 関数が呼ばれていることは確認
49        print(count)
50        # ラベルは更新されない -> イベントループが止まっていて描画更新がない
51        self.label.setText("Count: {}".format(count))
52        # ラベルのプロパティ更新は確認
53        print(self.label.text())
54
55    def autoFreeze(self):
56        """
57        GUI がフリーズしてしまうコード
58
59        原因: メインスレッドでの永久ループ => イベントループが処理されなくなる
60        """
61        import time
62        count = 0
63        while True:
64            count += 1
65            self.setCount(count)
66            time.sleep(1)
67
68            ## XXX
69            # 以下のコードを有効にし、自分でイベントループの処理を呼ぶと、
70            # 一時的に描画が更新され、ラベルの更新は確認できます
71            # ただし、GUI は殆どフリーズしたままです(while time.sleepにより阻害されている状態)
72
73            # QApplication.instance().processEvents()
74
75            if count >= 30: # テスト用の為、30秒で解除
76                break
77
78
79    def autoTimer(self):
80        """
81        QTimerを使った改善方法
82
83        ※ タイマーはコードの都合上メソッド内に定義してしまいましたが、
84        実際は普通に関数として定義で良いです。
85        """
86        count = 0
87        def countUp():
88            nonlocal count # 外側のスコープの変数を使う宣言
89            count += 1
90            self.setCount(count)
91
92        timer = QTimer(self)
93        timer.timeout.connect(countUp)
94        timer.start(1000)
95
96        self.stop_button.clicked.connect(timer.stop)
97
98
99    def autoThread(self):
100        """
101        QThreadを使う場合 (推奨される使い方)
102
103        この簡単な例では、全然スレッドを使う恩恵はありあせんが、
104        使い方のサンプルとして書いてみます。
105        """
106        class MyWorker(QObject):
107
108            sendCount = pyqtSignal(int)
109            finished = pyqtSignal()
110
111            def __init__(self):
112                super().__init__()
113                self.timer = None
114
115            @pyqtSlot()
116            def stopTimer(self):
117                if self.timer:
118                    self.timer.stop()
119                    self.finished.emit()
120
121            @pyqtSlot()
122            def startCountUp(self):
123                # 注意点: ここで while 1: とするとスレッドのイベントループが止まります。
124
125                count = 0
126                def countUp():
127                    nonlocal count
128                    count += 1
129                    self.sendCount.emit(count)
130
131                timer = self.timer = QTimer(self)
132                timer.timeout.connect(countUp)
133                timer.start(1000)
134
135        thread = self.thread = QThread()
136        worker = self.worker = MyWorker()
137        worker.moveToThread(thread)
138        worker.sendCount.connect(self.setCount)  # <-- スレッドから値を受け取る
139        thread.started.connect(worker.startCountUp)  # <-- スレッド開始時に呼び出す
140        thread.finished.connect(worker.deleteLater)
141
142        # ワーカーのタイマーを止める場合
143        # worker.finished.connect(thread.quit)
144        # self.stop_button.clicked.connect(worker.stopTimer)
145
146        # スレッドを直接止める場合
147        self.stop_button.clicked.connect(thread.quit)
148
149        # 終了時にエラーを出さない為の後始末
150        self.destroyed.connect(worker.deleteLater)
151        self.destroyed.connect(thread.quit)
152
153        # 終了時にストップボタンのスロット解除
154        @thread.finished.connect
155        def tear_down():
156            self.stop_button.clicked.disconnect(thread.quit)
157
158        # スレッド開始
159        thread.start()
160
161    def autoThreadInherit(self):
162        """
163        動作するが、推奨でない使い方
164
165        run()をオーバーライドする使い方もドキュメントに記載はあります。
166
167        完全に間違った使い方というわけではありませんが、
168        何故、別の方法が推奨されているのか把握していないと、
169        意図しない動作に悩まさせられることがあります。
170        """
171        import time
172        # XXX: QThreadのサンプルコードを参考にするとき、継承して使ってるコードには注意
173        class MyThread(QThread):
174            sendCount = pyqtSignal(int)
175
176            # XXX: run()を上書きすると、スレッドのイベントループ起動を上書きします
177            # スレッドのイベントループは起動されません。一応、スレッドの実行自体は問題ありません。
178            def run(self):
179                # XXX: 何故この方法が推奨されないのか
180                # --> QTimer 等がスレッド上で使えない。
181
182                # run()を終了するとスレッドも終了なので
183                # スレッドを維持する場合、ループが必要になります => Pythonのスレッドで良い
184                count = 0
185                while 1: # XXX: <- infinity loop は abuse of thread
186                    count += 1
187                    self.sendCount.emit(count)
188                    self.sleep(1)
189
190                # XXX: このループは強制終了以外に終了手段がないため
191                # スレッド終了時のfinished シグナルは送られません
192
193        thread = self.thread = MyThread()
194        thread.moveToThread(thread) # WRONG!
195        thread.sendCount.connect(self.setCount)
196        
197        # XXX: スレッドのイベントループが動いてない為、処理されない例
198        # self.stop_button.clicked.connect(thread.terminate)
199        
200        # 直接呼び出しは可能(安全ではないかもしれません)
201        terminate = lambda: thread.terminate()
202        self.stop_button.clicked.connect(terminate)
203
204        # 終了時にストップボタンのスロット解除
205        @thread.finished.connect
206        def tear_down():
207            self.stop_button.clicked.disconnect(terminate)
208
209        thread.start()
210
211
212def main():
213    import sys
214    app = QApplication(sys.argv)
215    win = MainWindow()
216    win.resize(800, 600)
217    win.setWindowTitle("CountUp Demo (QTimer/QThread)")
218    win.show()
219    sys.exit(app.exec_())
220
221
222if __name__ == '__main__':
223    main()
224
225

投稿2020/05/25 04:45

teamikl

総合スコア8760

pythonnoob1

2020/05/25 23:55

返信が遅れてしまい、大変申し訳ありません。とても参考になりました。まだ、初心者ですが、今後私もteamikl様のように、分からないことを教えてあげられる存在になっていきたいと思います！！ありがとうございました！！

pythonnoob1

2020/06/03 11:48

teamilkさんの作成してくださったコードを拝見し、勉強させていただきました。そこで、分からないことが何点か、出てきましたので質問させてください。また、質問っするにあたって、このコメント欄では、コードを書くことが出来ません。大変お手数をおかけしますが、私をフォローしていただき、回答リクエストを送らせてください。

行動規範の内容に同意します