python-多线程处理

 

Python多线程

Python 提供了多个模块来支持多线程编程，包括 thread、threading 和 Queue 模块等。程序是可以使用 thread 和 threading 模块来创建与管理线程。

thread 模块提供了基本的线程和锁定支持；而 threading 模块提供了更高级别、功能更全面的线程管理。

使用 Queue 模块，用户可以创建一个队列数据结构，用于在多线程之间进行共享。

在python3.0中，已经将thread改名为_thread

Python 代码的执行是由 Python 虚拟机（又名解释器主循环）进行控制的。

对 Python 虚拟机的访问是由全局解释器锁（GIL）控制的。这个锁就是用来保证同时只能有一个线程运行的。在多线程环境中，Python 虚拟机将按照下面所述的方式执行。

1．设置 GIL。
2．切换进一个线程去运行。
3．执行下面操作之一。
　　a．指定数量的字节码指令。
　　b．线程主动让出控制权（可以调用 time.sleep(0)来完成）。
4．把线程设置回睡眠状态（切换出线程）。
5．解锁 GIL。
6．重复上述步骤。

当一个线程完成函数的执行时，它就会退出。另外，还可以通过调用诸如 thread.exit()之类的退出函数，或者 sys.exit()之类的退出 Python 进程的标准方法，亦或者抛出 SystemExit异常，来使线程退出。不过，你不能直接“终止”一个线程。

python多线程支持的平台：

绝大多数类 UNIX 平台（如 Linux、Solaris、Mac OS X、*BSD 等），以及Windows 平台。

Python 使用兼容 POSIX 的线程，也就是pthread，点击跳转百度百科

 

不使用线程的情况

我们将使用 time.sleep()函数来演示线程是如何工作的

创建两个时间循环：一个睡眠 4 秒（loop0()）；另一个睡眠 2 秒（loop1()） （这里使用“loop0”和“loop1”作为函数名，暗示我们最终会有一个循环序列）。

 

import time

def loop0():
    print("start loop 0 at: %s" % time.ctime())
    time.sleep(4)
    print("loop 0 done at: %s" % time.ctime())


def loop1():
    print("start loop 1 at: %s" % time.ctime())
    time.sleep(2)
    print("loop 1 done at: %s" % time.ctime())


def main():
    print("starting at: %s" % time.ctime())
    loop0()
    loop1()
    print("all DONE at: %s" % time.ctime())


if __name__ == '__main__':
    main()

starting at: Tue Jan 23 16:03:21 2018
start loop 0 at: Tue Jan 23 16:03:21 2018
loop 0 done at: Tue Jan 23 16:03:25 2018
start loop 1 at: Tue Jan 23 16:03:25 2018
loop 1 done at: Tue Jan 23 16:03:27 2018
all DONE at: Tue Jan 23 16:03:27 2018

从输出中我们可以看出，输出整整花了我们7秒钟的时间

 

_thread模块-一个不建议使用的模块

_thread模块和锁对象

thread 模块的核心函数是 start_new_thread()。它的参数包括函数（对象）、函数的参数以及可选的关键字参数。

start_new_thread()必须包含开始的两个参数，于是即使要执行的函数不需要参数，也需要传递一个空元组。

 

使用_thread模块进行编程：

我们只需要将上面的代码进行稍微改动一下即可

import time
import _thread


def loop0():
    print("start loop 0 at: %s" % time.ctime())
    time.sleep(4)
    print("loop 0 done at: %s" % time.ctime())


def loop1():
    print("start loop 1 at: %s" % time.ctime())
    time.sleep(2)
    print("loop 1 done at: %s" % time.ctime())


def main():
    print("starting at: %s" % time.ctime())
    _thread.start_new_thread(loop0, ())
    _thread.start_new_thread(loop1, ())
    time.sleep(5)    #暂停5秒，原因是因为我们的loop0函数暂停了4秒，如果我们小于4秒会出现无法输出loop 0 done...
    print("all DONE at: %s" % time.ctime())


if __name__ == '__main__':
    main()

starting at: Tue Jan 23 16:14:19 2018
start loop 0 at: Tue Jan 23 16:14:19 2018
start loop 1 at: Tue Jan 23 16:14:19 2018
loop 1 done at: Tue Jan 23 16:14:21 2018
loop 0 done at: Tue Jan 23 16:14:23 2018
all DONE at: Tue Jan 23 16:14:24 2018

从输出结果中我们可以看到loop0和loop1同时启动了，而不会先执行完loop0在执行loop1

 

守护线程

避免使用 thread 模块的另一个原因是该模块不支持守护线程这个概念。当主线程退出时，所有子线程都将终止，不管它们是否仍在工作。如果你不希望发生这种行为，就要引入守护线程的概念了。threading 模块支持守护线程，其工作方式是：守护线程一般是一个等待客户端请求服务的服务器。如果没有客户端请求，守护线程就是空闲的。如果把一个线程设置为守护线程，就表示这个线程是不重要的，进程退出时不需要等待这个线程执行完成。如同在第 2 章中看到的那样，服务器线程远行在一个无限循环里，并且在正常情况下不会退出。如果主线程准备退出时，不需要等待某些子线程完成，就可以为这些子线程设置守护线程标记。该标记值为真时，表示该线程是不重要的，或者说该线程只是用来等待客户端请求而不做任何其他事情。要将一个线程设置为守护线程，需要在启动线程之前执行如下赋值语句：thread.daemon = True（调用 thread.setDaemon(True)的旧方法已经弃用了）。同样，要检查线程的守护状态，也只需要检查这个值即可（对比过去调用 thread.isDaemon()的方法）。一个新的子线程会继承父线程的守护标记。整个 Python 程序（可以解读为：主线程）将在所有非守护线程退出之后才退出，换句话说，就是没有剩下存活的非守护线程时。

 

threading模块

threading模块的对象

对象	描述
Thread	表示一个执行线程的对象
Lock	锁原语对象（和 thread 模块中的锁一样）
RLock	可重入锁对象，使单一线程可以（再次）获得已持有的锁（递归锁）
Condition	条件变量对象，使得一个线程等待另一个线程满足特定的“条件”，比如改变状态或某个数据值
Event	条件变量的通用版本，任意数量的线程等待某个事件的发生，在该事件发生后所有线程将被激活
Semaphore	为线程间共享的有限资源提供了一个“计数器”，如果没有可用资源时会被阻塞
BoundedSemaphore	与 Semaphore 相似，不过它不允许超过初始值
Timer	与 Thread 相似，不过它要在运行前等待一段时间
Barrier	创建一个“障碍”，必须达到指定数量的线程后才可以继续

 

threading 模块的 Thread 类是主要的执行对象。它有 thread 模块中没有的很多函数。

Thread 对象的属性和方法

使用 Thread 类，可以有很多方法来创建线程。

 

创建Thread的实例，传给它一个函数

代码

import threading
import time

loops = [4, 2]


def loop(nloop, nsec):
    print("start loop %s at: %s" % (nloop, time.ctime()))
    time.sleep(nsec)
    print("loop %s done at: %s" % (nloop, time.ctime()))


def main():
    print("starting at: %s" % time.ctime())
    threads = []
    nloops = range(len(loops))
    for i in range(0, 2):
        t = threading.Thread(target=loop, args=(i, loops[i]))
        # print(type(i), i, type(loops[i]), loops[i])
        # 这个位置可能容易晕，第一次传入args，i会=0，loops[i]会等于4，第二次循环，i=1，loops[i]=2
        # （i=0，loops[i]=4，为什么是0和4，因为i本来就=0，loops[i]里面的i=0，loops列表的第一零个本来就等于4）
        # 会传入到loop函数中
        threads.append(t)  # 将每次循环的对象加入到列表

    for i in nloops:
        threads[i].start()  # 开启线程

    for i in nloops:  # 等待
        threads[i].join()  # 线程完成
    print("all Done at: %s" % time.ctime())


if __name__ == '__main__':
    main()

starting at: Wed Jan 24 20:54:03 2018
start loop 0 at: Wed Jan 24 20:54:03 2018
start loop 1 at: Wed Jan 24 20:54:03 2018
loop 1 done at: Wed Jan 24 20:54:05 2018
loop 0 done at: Wed Jan 24 20:54:07 2018
all Done at: Wed Jan 24 20:54:07 2018