Python3多线程基础知识点


Posted in Python onFebruary 19, 2019

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。

线程在执行过程中与进程还是有区别的。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:

  • _thread
  • threading(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/python3

import _thread
import time

# 为线程定义一个函数
def print_time( threadName, delay):
 count = 0
 while count < 5:
  time.sleep(delay)
  count += 1
  print ("%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 Apr 6 11:36:31 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:33 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:33 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:35 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:37 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:37 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:39 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:41 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:45 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:49 2016

执行以上程后可以按下 ctrl-c to 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:

#!/usr/bin/python3

import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
 def __init__(self, threadID, name, counter):
  threading.Thread.__init__(self)
  self.threadID = threadID
  self.name = name
  self.counter = counter
 def run(self):
  print ("开始线程:" + self.name)
  print_time(self.name, self.counter, 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 Apr 6 11:46:46 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:47 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:47 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:48 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:49 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:49 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:50 2016
退出线程:Thread-1
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:51 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:53 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:55 2016
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/python3

import threading
import time

class myThread (threading.Thread):
 def __init__(self, threadID, name, counter):
  threading.Thread.__init__(self)
  self.threadID = threadID
  self.name = name
  self.counter = counter
 def 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.counter, 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 -= 1

threadLock = 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 Apr 6 11:52:57 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:52:58 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:52:59 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:53:01 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:53:03 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:53:05 2016
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Queue,LIFO(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False
Queue.full() 如果队列满了,返回True,反之False
Queue.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/python3

import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
 def __init__(self, threadID, name, q):
  threading.Thread.__init__(self)
  self.threadID = threadID
  self.name = name
  self.q = q
 def 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
Python 相关文章推荐
Python中使用PyQt把网页转换成PDF操作代码实例
Apr 23 Python
玩转python爬虫之cookie使用方法
Feb 17 Python
Python实现获取命令行输出结果的方法
Jun 10 Python
Python 将pdf转成图片的方法
Apr 23 Python
Django开发中的日志输出的方法
Jul 02 Python
使用Python的Dataframe取两列时间值相差一年的所有行方法
Jul 10 Python
python仿evething的文件搜索器实例代码
May 13 Python
python使用opencv在Windows下调用摄像头实现解析
Nov 26 Python
win10从零安装配置pytorch全过程图文详解
May 08 Python
Anaconda+spyder+pycharm的pytorch配置详解(GPU)
Oct 18 Python
Python将list元素转存为CSV文件的实现
Nov 16 Python
Python使用pandas导入xlsx格式的excel文件内容操作代码
Dec 24 Python
Python进阶之全面解读高级特性之切片
Feb 19 #Python
在python里协程使用同步锁Lock的实例
Feb 19 #Python
对python 通过ssh访问数据库的实例详解
Feb 19 #Python
python 通过SSHTunnelForwarder隧道连接redis的方法
Feb 19 #Python
深入理解Django-Signals信号量
Feb 19 #Python
python利用跳板机ssh远程连接redis的方法
Feb 19 #Python
Python获取Redis所有Key以及内容的方法
Feb 19 #Python
You might like
利用php来自动调用不同服务器上的flash
2006/10/09 PHP
在PHP3中实现SESSION的功能(三)
2006/10/09 PHP
一组PHP加密解密函数分享
2014/06/05 PHP
destoon官方标签大全
2014/06/20 PHP
javascript利用控件对windows的操作实现原理与应用
2012/12/23 Javascript
jquery Mobile入门—外部链接切换示例代码
2013/01/08 Javascript
js判断字符长度及中英文数字等
2014/03/19 Javascript
Express作者TJ告别Node.js奔向Go
2014/07/14 Javascript
node.js中的buffer.Buffer.isEncoding方法使用说明
2014/12/14 Javascript
jquery中show()、hide()和toggle()用法实例
2015/01/15 Javascript
php+ajax+jquery实现点击加载更多内容
2015/05/03 Javascript
jQuery原型属性和原型方法详解
2015/07/07 Javascript
JS实现环形进度条(从0到100%)效果
2016/07/05 Javascript
移动端点击态处理的三种实现方式
2017/01/12 Javascript
@ResponseBody 和 @RequestBody 注解的区别
2017/03/08 Javascript
NodeJS基础API搭建服务器详细过程记录
2017/04/01 NodeJs
微信小程序 动画的简单实例
2017/10/12 Javascript
vue 集成jTopo 处理方法
2019/08/07 Javascript
微信小程序实现锚点功能
2019/11/20 Javascript
js+canvas实现五子棋小游戏
2020/08/02 Javascript
python使用正则搜索字符串或文件中的浮点数代码实例
2014/07/11 Python
深入理解python中函数传递参数是值传递还是引用传递
2017/11/07 Python
Python IDLE入门简介
2017/12/08 Python
python学习入门细节知识点
2018/03/29 Python
Python之使用adb shell命令启动应用的方法详解
2019/01/07 Python
对python周期性定时器的示例详解
2019/02/19 Python
详解python中的time和datetime的常用方法
2019/07/08 Python
Django框架配置mysql数据库实现过程
2020/04/22 Python
HTML5打开手机扫码功能及优缺点
2017/11/27 HTML / CSS
英国亚马逊官方网站:Amazon.co.uk
2019/08/09 全球购物
创先争优制度
2014/01/21 职场文书
运动会闭幕式解说词
2014/02/21 职场文书
《鞋匠的儿子》教学反思
2014/03/02 职场文书
网络营销策划方案
2014/06/04 职场文书
暑假安全教育广播稿
2014/09/10 职场文书
企业计划生育责任书
2015/05/09 职场文书