Python探索之自定义实现线程池

为什么需要线程池呢？

        设想一下，如果我们使用有任务就开启一个子线程处理，处理完成后，销毁子线程或等得子线程自然死亡，那么如果我们的任务所需时间比较短，但是任务数量比较多，那么更多的时间是花在线程的创建和结束上面，效率肯定就低了。

    线程池的原理：

        既然是线程池（Thread pool），其实名字很形象，就是把指定数量的可用子线程放进一个"池里"，有任务时取出一个线程执行，任务执行完后，并不立即销毁线程，而是放进线程池中，等待接收下一个任务。这样内存和cpu的开销也比较小，并且我们可以控制线程的数量。

    线程池的实现：

        线程池有很多种实现方式，在python中，已经给我们提供了一个很好的实现方式：Queue-队列。因为python中Queue本身就是同步的，所以也就是线程安全的，所以我们可以放心的让多个线程共享一个Queue。

        那么说到线程池，那么理应也得有一个任务池，任务池中存放着待执行的任务，各个线程到任务池中取任务执行，那么用Queue来实现任务池是最好不过的。

1.low版线程池

设计思路：运用队列queue

将线程类名放入队列中，执行一个就拿一个出来

import queue
import threading
class ThreadPool(object):
  def __init__(self, max_num=20):
    self.queue = queue.Queue(max_num) #创建队列，最大数为20
    for i in range(max_num):
      self.queue.put(threading.Thread) #将类名放入队列中
  def get_thread(self):
    return self.queue.get() #从队列中取出类名
  def add_thread(self):
    self.queue.put(threading.Thread) #进类名放入队列中
def func(arg, p): #定义一个函数
  print(arg)
  import time
  time.sleep(2)
  p.add_thread()
pool = ThreadPool(10) #创建对象，并执行该类的构造方法，即将线程的类名放入队列中
for i in range(30):
  thread = pool.get_thread() #调用该对象的get_thread方法，取出类名
  t = thread(target=func, args=(i, pool)) #创建对象，执行func，参数在args中
  t.start()

由于此方法要求使用者修改原函数，并在原函数里传参数，且调用方法也发生了改变，并且有空闲线程浪费资源，实际操作中并不方便，故设计了下一版线程池。

2.绝版线程池

设计思路：运用队列queue

a.队列里面放任务
b.线程一次次去取任务，线程一空闲就去取任务

import queue
import threading
import contextlib
import time
StopEvent = object()
class ThreadPool(object):
  def __init__(self, max_num, max_task_num = None):
    if max_task_num:
      self.q = queue.Queue(max_task_num)
    else:
      self.q = queue.Queue()
    self.max_num = max_num
    self.cancel = False
    self.terminal = False
    self.generate_list = []
    self.free_list = []
  def run(self, func, args, callback=None):
    """
    线程池执行一个任务
    :param func: 任务函数
    :param args: 任务函数所需参数
    :param callback: 任务执行失败或成功后执行的回调函数，回调函数有两个参数1、任务函数执行状态；2、任务函数返回值（默认为None，即：不执行回调函数）
    :return: 如果线程池已经终止，则返回True否则None
    """
    if self.cancel:
      return
    if len(self.free_list) == 0 and len(self.generate_list) < self.max_num:
      self.generate_thread()
    w = (func, args, callback,)
    self.q.put(w)
  def generate_thread(self):
    """
    创建一个线程
    """
    t = threading.Thread(target=self.call)
    t.start()
  def call(self):
    """
    循环去获取任务函数并执行任务函数
    """
    current_thread = threading.currentThread()
    self.generate_list.append(current_thread)
    event = self.q.get()
    while event != StopEvent:
      func, args, callback = event
      try:
        result = func(*args)
        success = True
      except Exception as e:
        success = False
        result = None
      if callback is not None:
        try:
          callback(success, result)
        except Exception as e:
          pass
      with self.worker_state(self.free_list, current_thread):
        if self.terminal:
          event = StopEvent
        else:
          event = self.q.get()
    else:
      self.generate_list.remove(current_thread)
  def close(self):
    """
    执行完所有的任务后，所有线程停止
    """
    self.cancel = True
    count = len(self.generate_list)
    while count:
      self.q.put(StopEvent)
      count -= 1
  def terminate(self):
    """
    无论是否还有任务，终止线程
    """
    self.terminal = True
    while self.generate_list:
      self.q.put(StopEvent)
    self.q.queue.clear()
  @contextlib.contextmanager
  def worker_state(self, state_list, worker_thread):
    """
    用于记录线程中正在等待的线程数
    """
    state_list.append(worker_thread)
    try:
      yield
    finally:
      state_list.remove(worker_thread)
# How to use
pool = ThreadPool(5)
def callback(status, result):
  # status, execute action status
  # result, execute action return value
  pass
def action(i):
  print(i)
for i in range(30):
  ret = pool.run(action, (i,), callback)
time.sleep(3)
print(len(pool.generate_list), len(pool.free_list))
print(len(pool.generate_list), len(pool.free_list))
pool.close()
# pool.terminate()

总结

以上就是本文关于Python探索之自定义实现线程池的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站：python中模块的__all__属性详解、Python面向对象编程基础解析（二）等，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！