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本章介绍Python的多线程。
Python3 多线程
多线程类似于同时执行多个不同程序#xff0c;多线程运行有如下优点#xff1a;
使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理。用户界面可以更加吸引人#xff0c;比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理…前言
本章介绍Python的多线程。
Python3 多线程
多线程类似于同时执行多个不同程序多线程运行有如下优点
使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理。用户界面可以更加吸引人比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理可以弹出一个进度条来显示处理的进度。程序的运行速度可能加快。在一些等待的任务实现上如用户输入、文件读写和网络收发数据等线程就比较有用了。在这种情况下我们可以释放一些珍贵的资源如内存占用等等。
每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行必须依存在应用程序中由应用程序提供多个线程执行控制。
每个线程都有他自己的一组CPU寄存器称为线程的上下文该上下文反映了线程上次运行该线程的CPU寄存器的状态。
指令指针和堆栈指针寄存器是线程上下文中两个最重要的寄存器线程总是在进程得到上下文中运行的这些地址都用于标志拥有线程的进程地址空间中的内存。
线程可以被抢占中断。在其他线程正在运行时线程可以暂时搁置也称为睡眠 – 这就是线程的退让。
线程可以分为:
内核线程由操作系统内核创建和撤销。用户线程不需要内核支持而在用户程序中实现的线程。
Python3 线程中常用的两个模块为
_threadthreading(推荐使用)
thread 模块已被废弃。用户可以使用 threading 模块代替。所以在 Python3 中不能再使用thread 模块。为了兼容性Python3 将 thread 重命名为 “_thread”。
开始学习Python线程
Python中使用线程有两种方式函数或者用类来包装线程对象。
函数式调用 _thread 模块中的start_new_thread()函数来产生新线程。语法如下:
_thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )参数说明:
function - 线程函数。args - 传递给线程函数的参数,他必须是个tuple类型。kwargs - 可选参数。
实例
#!/usr/bin/python3import _thread
import time# 为线程定义一个函数
def print_time( threadName, delay):count 0while count 5:time.sleep(delay)count 1print (%s: %s % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))# 创建两个线程
try:_thread.start_new_thread( print_time, (Thread-1, 2, ) )_thread.start_new_thread( print_time, (Thread-2, 4, ) )
except:print (Error: 无法启动线程)while 1:pass执行以上程序输出结果如下
Thread-1: Wed Jan 5 17:38:08 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:38:10 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:38:10 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:38:12 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:38:14 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:38:14 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:38:16 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:38:18 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:38:22 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:38:26 2022执行以上程后可以按下 ctrl-c 退出。
线程模块
Python3 通过两个标准库 _thread 和 threading 提供对线程的支持。
_thread 提供了低级别的、原始的线程以及一个简单的锁它相比于 threading 模块的功能还是比较有限的。
threading 模块除了包含 _thread 模块中的所有方法外还提供的其他方法
threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前不包括启动前和终止后的线程。threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量与len(threading.enumerate())有相同的结果。
除了使用方法外线程模块同样提供了Thread类来处理线程Thread类提供了以下方法:
run(): 用以表示线程活动的方法。start():启动线程活动。join([time]): 等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。isAlive(): 返回线程是否活动的。getName(): 返回线程名。setName(): 设置线程名。
使用 threading 模块创建线程
我们可以通过直接从 threading.Thread 继承创建一个新的子类并实例化后调用 start() 方法启动新线程即它调用了线程的 run() 方法
实例
#!/usr/bin/python3import threading
import timeexitFlag 0class myThread (threading.Thread):def __init__(self, threadID, name, delay):threading.Thread.__init__(self)self.threadID threadIDself.name nameself.delay delaydef run(self):print (开始线程 self.name)print_time(self.name, self.delay, 5)print (退出线程 self.name)def print_time(threadName, delay, counter):while counter:if exitFlag:threadName.exit()time.sleep(delay)print (%s: %s % (threadName, time.ctime(time.time())))counter - 1# 创建新线程
thread1 myThread(1, Thread-1, 1)
thread2 myThread(2, Thread-2, 2)# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print (退出主线程)以上程序执行结果如下
开始线程Thread-1
开始线程Thread-2
Thread-1: Wed Jan 5 17:34:54 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:34:55 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:34:55 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:34:56 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:34:57 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:34:57 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:34:58 2022
退出线程Thread-1
Thread-2: Wed Jan 5 17:34:59 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:35:01 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:35:03 2022
退出线程Thread-2
退出主线程线程同步
如果多个线程共同对某个数据修改则可能出现不可预料的结果为了保证数据的正确性需要对多个线程进行同步。
使用 Thread 对象的 Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。如下
多线程的优势在于可以同时运行多个任务至少感觉起来是这样。但是当线程需要共享数据时可能存在数据不同步的问题。
考虑这样一种情况一个列表里所有元素都是0线程set从后向前把所有元素改成1而线程print负责从前往后读取列表并打印。
那么可能线程set开始改的时候线程print便来打印列表了输出就成了一半0一半1这就是数据的不同步。为了避免这种情况引入了锁的概念。
锁有两种状态——锁定和未锁定。每当一个线程比如set要访问共享数据时必须先获得锁定如果已经有别的线程比如print获得锁定了那么就让线程set暂停也就是同步阻塞等到线程print访问完毕释放锁以后再让线程set继续。
经过这样的处理打印列表时要么全部输出0要么全部输出1不会再出现一半0一半1的尴尬场面。
实例
#!/usr/bin/python3import threading
import timeclass myThread (threading.Thread):def __init__(self, threadID, name, delay):threading.Thread.__init__(self)self.threadID threadIDself.name nameself.delay delaydef run(self):print (开启线程 self.name)# 获取锁用于线程同步threadLock.acquire()print_time(self.name, self.delay, 3)# 释放锁开启下一个线程threadLock.release()def print_time(threadName, delay, counter):while counter:time.sleep(delay)print (%s: %s % (threadName, time.ctime(time.time())))counter - 1threadLock threading.Lock()
threads []# 创建新线程
thread1 myThread(1, Thread-1, 1)
thread2 myThread(2, Thread-2, 2)# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()# 添加线程到线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)# 等待所有线程完成
for t in threads:t.join()
print (退出主线程)执行以上程序输出结果为
开启线程 Thread-1
开启线程 Thread-2
Thread-1: Wed Jan 5 17:36:50 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:36:51 2022
Thread-1: Wed Jan 5 17:36:52 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:36:54 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:36:56 2022
Thread-2: Wed Jan 5 17:36:58 2022
退出主线程线程优先级队列 Queue
Python 的 Queue 模块中提供了同步的、线程安全的队列类包括FIFO先入先出)队列QueueLIFO后入先出队列LifoQueue和优先级队列 PriorityQueue。
这些队列都实现了锁原语能够在多线程中直接使用可以使用队列来实现线程间的同步。
Queue 模块中的常用方法:
Queue.qsize() 返回队列的大小Queue.empty() 如果队列为空返回True,反之FalseQueue.full() 如果队列满了返回True,反之FalseQueue.full 与 maxsize 大小对应Queue.get([block[, timeout]])获取队列timeout等待时间Queue.get_nowait() 相当Queue.get(False)Queue.put(item) 写入队列timeout等待时间Queue.put_nowait(item) 相当Queue.put(item, False)Queue.task_done() 在完成一项工作之后Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号Queue.join() 实际上意味着等到队列为空再执行别的操作
实例
#!/usr/bin/python3import queue
import threading
import timeexitFlag 0class myThread (threading.Thread):def __init__(self, threadID, name, q):threading.Thread.__init__(self)self.threadID threadIDself.name nameself.q qdef run(self):print (开启线程 self.name)process_data(self.name, self.q)print (退出线程 self.name)def process_data(threadName, q):while not exitFlag:queueLock.acquire()if not workQueue.empty():data q.get()queueLock.release()print (%s processing %s % (threadName, data))else:queueLock.release()time.sleep(1)threadList [Thread-1, Thread-2, Thread-3]
nameList [One, Two, Three, Four, Five]
queueLock threading.Lock()
workQueue queue.Queue(10)
threads []
threadID 1# 创建新线程
for tName in threadList:thread myThread(threadID, tName, workQueue)thread.start()threads.append(thread)threadID 1# 填充队列
queueLock.acquire()
for word in nameList:workQueue.put(word)
queueLock.release()# 等待队列清空
while not workQueue.empty():pass# 通知线程是时候退出
exitFlag 1# 等待所有线程完成
for t in threads:t.join()
print (退出主线程)以上程序执行结果
开启线程Thread-1
开启线程Thread-2
开启线程Thread-3
Thread-3 processing One
Thread-1 processing Two
Thread-2 processing Three
Thread-3 processing Four
Thread-1 processing Five
退出线程Thread-3
退出线程Thread-2
退出线程Thread-1
退出主线程
