Python自动化之线程进阶篇
拓展知识
什么是CPU-bound(计算密集型) 和I/O bound(I/O密集型) ？
- I/O bound 指的是系统的CPU效能相对硬盘/内存的效能要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是 CPU 在等 I/O (硬盘/内存) 的读/写，此时 CPU Loading 不高。
- CPU bound 指的是系统的 硬盘/内存 效能 相对 CPU 的效能 要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是 CPU Loading 100%，CPU 要读/写 I/O (硬盘/内存)，I/O在很短的时间就可以完成，而 CPU 还有许多运算要处理，CPU Loading 很高。
- CPU bound的程序一般而言CPU占用率相当高。这可能是因为任务本身不太需要访问I/O设备，也可能是因为程序是多线程实现因此屏蔽掉了等待I/O的时间。
- 而I/O bound的程序一般在达到性能极限时，CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作，而pipeline做得不是很好，没有充分利用处理器能力
Python GIL(Global Interpreter Lock)
GIL是必要的，因为CPython的内存管理是非线程安全的。你不能简单地创建多个线程，并希望Python能在多核心的机器上运行得更快。这是 因为 GIL將会防止多个原生线程同时执行Python字节码。换句话说，GIL將序列化您的所有线程。然而，您可以使用线程管理多个派生进程加速程序，这些程 序独立的运行于你的Python代码外。
全局解释器锁GIL设计理念与限制
GIL的设计简化了CPython的实现，使得对象模型，包括关键的内建类型如字典，都是隐含可以并发访问的。锁住全局解释器使得比较容易的实现对多线程的支持，但也损失了多处理器主机的并行计算能力。
但是，不论标准的，还是第三方的扩展模块，都被设计成在进行密集计算任务是，释放GIL。
还有，就是在做I/O操作时，GIL总是会被释放。对所有面向I/O 的(会调用内建的操作系统C 代码的)程序来说，GIL 会在这个I/O 调用之前被释放，以允许其它的线程在这个线程等待I/O 的时候运行。如果是纯计算的程序，没有 I/O 操作，解释器会每隔 100 次操作就释放这把锁，让别的线程有机会执行（这个次数可以通过 sys.setcheckinterval 来调整）如果某线程并未使用很多I/O 操作，它会在自己的时间片内一直占用处理器（和GIL）。也就是说，I/O 密集型的Python 程序比计算密集型的程序更能充分利用多线程环境的好处。
threading模块
直接调用
import threading
import time
def sayhi(num): #定义每个线程要运行的函数
print("running on number:%s" %num)
time.sleep(3)
if __name__ == '__main__':
t1 = threading.Thread(target=sayhi,args=(1,)) #生成一个线程实例
t2 = threading.Thread(target=sayhi,args=(2,)) #生成另一个线程实例
t1.start() #启动线程
t2.start() #启动另一个线程
print(t1.getName()) #获取线程名
print(t2.getName())
间接调用
import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,num):
threading.Thread.__init__(self)
self.num = num
def run(self):#定义每个线程要运行的函数
print("running on number:%s" %self.num)
time.sleep(3)
if __name__ == '__main__':
t1 = MyThread(1)
t2 = MyThread(2)
t1.start()
t2.start()
join(join()方法)和daemon（守护线程）
join方法实例
import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,id):
threading.Thread.__init__(self)
self.id = id
def run(self):
x = 0
time.sleep(10)
print self.id
if __name__ == "__main__":
t1=MyThread(999)
t1.start()
t1.join()
for i in range(5):
print i
t1.join()会等待子线程执行完毕之后，才执行父进程
daemon守护线程
import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,id):
threading.Thread.__init__(self)
def run(self):
time.sleep(5)
print "This is " + self.getName()
if __name__ == "__main__":
t1=MyThread(999)
t1.setDaemon(True)
t1.start()
print "I am the father thread."
t1.setDaemon(True) 把t1线程设为守护线程，当主线程退出之后，不管主线程是否执行完都会退出。
线程锁(互斥锁Mutex)
import time
import threading
def addNum():
global num #在每个线程中都获取这个全局变量
print('--get num:',num )
time.sleep(1)
lock.acquire() #修改数据前加锁
num -=1 #对此公共变量进行-1操作
lock.release() #修改后释放
num = 100 #设定一个共享变量
thread_list = []
lock = threading.Lock() #生成全局锁
for i in range(100):
t = threading.Thread(target=addNum)
t.start()
thread_list.append(t)
for t in thread_list: #等待所有线程执行完毕
t.join()
print('final num:', num )
RLock递归锁
锁里面包括锁
import threading,time
def run1(): # run1里面又给变量加了锁
print("grab the first part data")
lock.acquire()
global num
num +=1
lock.release()
return num
def run2():
print("grab the second part data")
lock.acquire()
global num2
num2+=1
lock.release()
return num2
def run3(): #run3里面给run1和run2加了锁
lock.acquire()
res = run1()
print('--------between run1 and run2-----')
res2 = run2()
lock.release()
print(res,res2)
if __name__ == '__main__':
num,num2 = 0,0
lock = threading.RLock()
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=run3) # run3函数
t.start()
while threading.active_count() != 1:
print(threading.active_count())
else:
print('----all threads done---')
print(num,num2)
Semaphore(信号量)
信号量顾名思义就是控制线程运行的数量
import threading,time
def run(n):
semaphore.acquire()
time.sleep(1)
print("run the thread: %s\n" %n)
semaphore.release()
if __name__ == '__main__':
num= 0
semaphore = threading.BoundedSemaphore(5) #最多允许5个线程同时运行
for i in range(20):
t = threading.Thread(target=run,args=(i,))
t.start()
while threading.active_count() != 1:
pass #print threading.active_count()
else:
print('----all threads done---')
print(num)
Events
线程间通信
import threading,time
import random
def light():
if not event.isSet():
event.set() #wait就不阻塞 #绿灯状态
count = 0
while True:
if count < 10:
print('\033[42;1m--green light on---\033[0m')
elif count <13:
print('\033[43;1m--yellow light on---\033[0m')
elif count <20:
if event.isSet():
event.clear()
print('\033[41;1m--red light on---\033[0m')
else:
count = 0
event.set() #打开绿灯
time.sleep(1)
count +=1
def car(n):
while 1:
time.sleep(random.randrange(10))
if event.isSet(): #绿灯
print("car [%s] is running.." % n)
else:
print("car [%s] is waiting for the red light.." %n)
if __name__ == '__main__':
event = threading.Event()
Light = threading.Thread(target=light)
Light.start()
for i in range(3):
t = threading.Thread(target=car,args=(i,))
t.start()
thareading.Event机制类似于一个线程向其它多个线程发号施令的模式，其它线程都会持有一个threading.Event的对象，这些线程都会等待这个事件的“发生”，如果此事件一直不发生，那么这些线程将会阻塞，直至事件的“发生”。
import threading
class mythread(threading.Thread):
def __init__(self, threadname):
threading.Thread.__init__(self, name=threadname)
def run(self):
global event
if event.isSet():
print("I am in if")
event.clear()
event.wait()
print(self.getName())
else:
print("I am in else")
print(self.getName())
event.set()
event = threading.Event()
event.set()
t1 = []
for i in range(10):
t = mythread(str(i))
t1.append(t)
for i in t1:
i.start()
event.wait()会阻塞直到有资源，也就是event.set()将标志设置为True。
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