Python线程
1. 线程
线程的创建
使用threading模块能完成多任务的程序开发，为了让每个线程的封装性更完美，所以使用threading模块时，往往会定义一个新的子类class，只要继承threading.Thread就可以了，然后重写run方法
示例如下：
#第一种
import threading
import time
def saySorry():
print("============")
time.sleep(1)
if __name__ == "__main__":
for i in range(5):
t = threading.Thread(target=saySorry)
t.start() #启动线程，即让线程开始执行
# 第二种
import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
for i in range(3):
time.sleep(1)
msg = "I'm "+self.name+' @ '+str(i) #name属性中保存的是当前线程的名字
print(msg)
if __name__ == '__main__':
t = MyThread()
t.start()
说明
- python的threading.Thread类有一个run方法，用于定义线程的功能函数，可以在自己的线程类中覆盖该方法。而创建自己的线程实例后，通过Thread类的start方法，可以启动该线程，交给python虚拟机进行调度，当该线程获得执行的机会时，就会调用run方法执行线程。
线程的的执行顺序
import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
for i in range(3):
time.sleep(1)
msg = "I'm "+self.name+' @ '+str(i)
print(msg)
def test():
for i in range(5):
t = MyThread()
t.start()
if __name__ == '__main__':
test()
执行结果：(运行的结果可能不一样，但是大体是一致的)
I'm Thread-1 @ 0
I'm Thread-2 @ 0
I'm Thread-5 @ 0
I'm Thread-3 @ 0
I'm Thread-4 @ 0
I'm Thread-3 @ 1
I'm Thread-4 @ 1
I'm Thread-5 @ 1
I'm Thread-1 @ 1
I'm Thread-2 @ 1
I'm Thread-4 @ 2
I'm Thread-5 @ 2
I'm Thread-2 @ 2
I'm Thread-1 @ 2
I'm Thread-3 @ 2
说明
从代码和执行结果我们可以看出，多线程程序的执行顺序是不确定的。当执行到sleep语句时，线程将被阻塞（Blocked），到sleep结束后，线程进入就绪（Runnable）状态，等待调度。而线程调度将自行选择一个线程执行。上面的代码中只能保证每个线程都运行完整个run函数，但是线程的启动顺序、run函数中每次循环的执行顺序都不能确定。
总结
- 每个线程默认有一个名字，尽管上面的例子中没有指定线程对象的name，但是python会自动为线程指定一个名字。
- 当线程的run()方法结束时该线程完成。
- 无法控制线程调度程序，但可以通过别的方式来影响线程调度的方式。
线程共享全局变量
from threading import Thread
g_num = 100
def work1():
global g_num
for i in range(3):
g_num += 1
print("----in work1, g_num is %d---"%g_num)
def work2():
global g_num
print("----in work2, g_num is %d---"%g_num)
print("---线程创建之前g_num is %d---"%g_num)
t1 = Thread(target=work1)
t1.start()
t2 = Thread(target=work2)
t2.start()
t1.join()
t2.join()
参数传递
t1 = Thread(target=work1, args=(g_nums,)) # 这里是元组 t1.start()
总结：
- 在一个进程内的所有线程共享全局变量，很方便在多个线程间共享数据
- 缺点就是，线程是对全局变量随意遂改可能造成多线程之间对全局变量的混乱（即线程非安全）
2. 资源竞争
import threading
g_num = 0
def work1(num):
global g_num
for i in range(num):
g_num += 1
print("--work1--%d--"%g_num)
def work2(num):
global g_num
for i in range(num):
g_num += 1
print("--work2--%d--"%g_num)
print("--线程创建之前g_num is %d--"%g_num)
t1 = threading.Thread(target=work1, args=(1000000,)) # 这个子线程1还没有返回赋值数据，子进程2就拿全局变量去加了，子线程1白加
t1.start()
t2 = threading.Thread(target=work2, args=(1000000,))
t2.start()
t1.join()
t2.join()
print("2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:%s" % g_num)
# --线程创建之前g_num is 0--
# --work1--1111772--
# --work2--1324733--
# 2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:1324733
3. 同步
同步的概念
同步就是协同步调，按预定的先后次序进行运行。如:你说完，我再说。
"同"字从字面上容易理解为一起动作
其实不是，"同"字应是指协同、协助、互相配合。
如进程、线程同步，可理解为进程或线程A和B一块配合，A执行到一定程度时要依靠B的某个结果，于是停下来，示意B运行;B执行，再将结果给A;A再继续操作。
解决线程同时修改全局变量的方式
对于上一小节提出的那个计算错误的问题，可以通过线程同步来进行解决
思路，如下:
- 系统调用t1，然后获取到g_num的值为0，此时上一把锁，即不允许其他线程操作g_num
- t1对g_num的值进行+1
- t1解锁，此时g_num的值为1，其他的线程就可以使用g_num了，而且是g_num的值不是0而是1
- 同理其他线程在对g_num进行修改时，都要先上锁，处理完后再解锁，在上锁的整个过程中不允许其他线程访问，就保证了数据的正确性
4. 互斥锁
当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候，需要进行同步控制
线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源，最简单的同步机制是引入互斥锁。
互斥锁为资源引入一个状态：锁定/非锁定
某个线程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源的状态为“锁定”，其他线程不能更改；直到该线程释放资源，将资源的状态变成“非锁定”，其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作，从而保证了多线程情况下数据的正确性。
threading模块中定义了Lock类，可以方便的处理锁定：
注意：
如果这个锁之前是没有上锁的，那么acquire不会堵塞
如果在调用acquire对这个锁上锁之前 它已经被 其他线程上了锁，那么此时acquire会堵塞，直到这个锁被解锁为止
使用互斥锁完成2个线程对同一个全局变量各加100万次的操作
# 创建锁 mutex = threading.Lock() # 锁定 mutex.acquire() # 释放 mutex.release()
import threading
import time
g_num = 0
def test1(num):
global g_num
for i in range(num):
mutex.acquire() # 上锁
g_num += 1
mutex.release() # 解锁
print("---test1---g_num=%d"%g_num)
def test2(num):
global g_num
for i in range(num):
mutex.acquire() # 上锁
g_num += 1
mutex.release() # 解锁
print("---test2---g_num=%d"%g_num)
# 创建一个互斥锁
# 默认是未上锁的状态
mutex = threading.Lock()
# 创建2个线程，让他们各自对g_num加1000000次
p1 = threading.Thread(target=test1, args=(1000000,))
p1.start()
p2 = threading.Thread(target=test2, args=(1000000,))
p2.start()
# 等待计算完成
while len(threading.enumerate()) != 1:
time.sleep(1)
print("2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:%s" % g_num)
---test1---g_num=1909909 ---test2---g_num=2000000 2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:2000000
可以看到最后的结果，加入互斥锁后，其结果与预期相符。
上锁解锁过程
当一个线程调用锁的acquire()方法获得锁时，锁就进入“locked”状态。
每次只有一个线程可以获得锁。如果此时另一个线程试图获得这个锁，该线程就会变为“blocked”状态，称为“阻塞”，直到拥有锁的线程调用锁的release()方法释放锁之后，锁进入“unlocked”状态。
线程调度程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁，并使得该线程进入运行（running）状态。
总结
锁的好处：
- 确保了某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地执行
锁的坏处：
- 阻止了多线程并发执行，包含锁的某段代码实际上只能以单线程模式执行，效率就大大地下降了
- 由于可以存在多个锁，不同的线程持有不同的锁，并试图获取对方持有的锁时，可能会造成死锁
5. 死锁
现实社会中，男女双方都在等待对方先道歉
如果双方都这样固执的等待对方先开口，弄不好，就分搜了
死锁
在线程间共享多个资源的时候，如果两个线程分别占有一部分资源并且同时等待对方的资源，就会造成死锁。
尽管死锁很少发生，但一旦发生就会造成应用的停止响应。下面看一个死锁的例子
import threading
import time
class MyThread1(threading.Thread):
def run(self):
# 对mutexA上锁
mutexA.acquire()
# mutexA上锁后，延时1秒，等待另外那个线程 把mutexB上锁
print(self.name+'----do1---up----')
time.sleep(1)
# 此时会堵塞，因为这个mutexB已经被另外的线程抢先上锁了
mutexB.acquire()
print(self.name+'----do1---down----')
mutexB.release()
# 对mutexA解锁
mutexA.release()
class MyThread2(threading.Thread):
def run(self):
# 对mutexB上锁
mutexB.acquire()
# mutexB上锁后，延时1秒，等待另外那个线程 把mutexA上锁
print(self.name+'----do2---up----')
time.sleep(1)
# 此时会堵塞，因为这个mutexA已经被另外的线程抢先上锁了
mutexA.acquire()
print(self.name+'----do2---down----')
mutexA.release()
# 对mutexB解锁
mutexB.release()
mutexA = threading.Lock()
mutexB = threading.Lock()
if __name__ == '__main__':
t1 = MyThread1()
t2 = MyThread2()
t1.start()
t2.start()
运行结果：
# 卡住
此时已经进入到了死锁状态，可以使用ctrl-c退出
避免死锁
- 程序设计时要尽量避免（银行家算法）
- 添加超时时间等
