Python 多線程
多線程類似于同時(shí)執(zhí)行多個(gè)不同程序,多線程運(yùn)行有如下優(yōu)點(diǎn):
使用線程可以把占據(jù)長時(shí)間的程序中的任務(wù)放到后臺(tái)去處理。
用戶界面可以更加吸引人,這樣比如用戶點(diǎn)擊了一個(gè)按鈕去觸發(fā)某些事件的處理,可以彈出一個(gè)進(jìn)度條來顯示處理的進(jìn)度
程序的運(yùn)行速度可能加快
在一些等待的任務(wù)實(shí)現(xiàn)上如用戶輸入、文件讀寫和網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)等,線程就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如內(nèi)存占用等等。
線程在執(zhí)行過程中與進(jìn)程還是有區(qū)別的。每個(gè)獨(dú)立的線程有一個(gè)程序運(yùn)行的入口、順序執(zhí)行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨(dú)立執(zhí)行,必須依存在應(yīng)用程序中,由應(yīng)用程序提供多個(gè)線程執(zhí)行控制。
每個(gè)線程都有他自己的一組CPU寄存器,稱為線程的上下文,該上下文反映了線程上次運(yùn)行該線程的CPU寄存器的狀態(tài)。
指令指針和堆棧指針寄存器是線程上下文中兩個(gè)最重要的寄存器,線程總是在進(jìn)程得到上下文中運(yùn)行的,這些地址都用于標(biāo)志擁有線程的進(jìn)程地址空間中的內(nèi)存。
線程可以被搶占(中斷)。
在其他線程正在運(yùn)行時(shí),線程可以暫時(shí)擱置(也稱為睡眠) -- 這就是線程的退讓。
開始學(xué)習(xí)Python線程
Python中使用線程有兩種方式:函數(shù)或者用類來包裝線程對(duì)象。
函數(shù)式:調(diào)用thread模塊中的start_new_thread()函數(shù)來產(chǎn)生新線程。語法如下:
thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )
參數(shù)說明:
function - 線程函數(shù)。
args - 傳遞給線程函數(shù)的參數(shù),他必須是個(gè)tuple類型。
kwargs - 可選參數(shù)。
實(shí)例:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- import thread import time # 為線程定義一個(gè)函數(shù) def print_time( threadName, delay): count = 0 while count < 5: time.sleep(delay) count += 1 print "%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ) # 創(chuàng)建兩個(gè)線程 try: thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) ) thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) ) except: print "Error: unable to start thread" while 1: pass
執(zhí)行以上程序輸出結(jié)果如下:
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:17 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:21 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:25 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:27 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:31 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:35 2009
線程的結(jié)束一般依靠線程函數(shù)的自然結(jié)束;也可以在線程函數(shù)中調(diào)用thread.exit(),他拋出SystemExit exception,達(dá)到退出線程的目的。
線程模塊
Python通過兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫thread和threading提供對(duì)線程的支持。thread提供了低級(jí)別的、原始的線程以及一個(gè)簡(jiǎn)單的鎖。
thread 模塊提供的其他方法:
threading.currentThread(): 返回當(dāng)前的線程變量。
threading.enumerate(): 返回一個(gè)包含正在運(yùn)行的線程的list。正在運(yùn)行指線程啟動(dòng)后、結(jié)束前,不包括啟動(dòng)前和終止后的線程。
threading.activeCount(): 返回正在運(yùn)行的線程數(shù)量,與len(threading.enumerate())有相同的結(jié)果。
除了使用方法外,線程模塊同樣提供了Thread類來處理線程,Thread類提供了以下方法:
run(): 用以表示線程活動(dòng)的方法。
start():啟動(dòng)線程活動(dòng)。
join([time]): 等待至線程中止。這阻塞調(diào)用線程直至線程的join() 方法被調(diào)用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時(shí)發(fā)生。
isAlive(): 返回線程是否活動(dòng)的。
getName(): 返回線程名。
setName(): 設(shè)置線程名。
使用Threading模塊創(chuàng)建線程
使用Threading模塊創(chuàng)建線程,直接從threading.Thread繼承,然后重寫__init__方法和run方法:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- import threading import time exitFlag = 0 class myThread (threading.Thread): #繼承父類threading.Thread def __init__(self, threadID, name, counter): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.counter = counter def run(self): #把要執(zhí)行的代碼寫到run函數(shù)里面 線程在創(chuàng)建后會(huì)直接運(yùn)行run函數(shù) print "Starting " + self.name print_time(self.name, self.counter, 5) print "Exiting " + self.name def print_time(threadName, delay, counter): while counter: if exitFlag: thread.exit() time.sleep(delay) print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 # 創(chuàng)建新線程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 開啟線程 thread1.start() thread2.start() print "Exiting Main Thread"
以上程序執(zhí)行結(jié)果如下;
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Exiting Main Thread Thread-1: Thu Mar 21 09:10:03 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:05 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:07 2013 Exiting Thread-1 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:08 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:10 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:12 2013 Exiting Thread-2
線程同步
如果多個(gè)線程共同對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)修改,則可能出現(xiàn)不可預(yù)料的結(jié)果,為了保證數(shù)據(jù)的正確性,需要對(duì)多個(gè)線程進(jìn)行同步。
使用Thread對(duì)象的Lock和Rlock可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的線程同步,這兩個(gè)對(duì)象都有acquire方法和release方法,對(duì)于那些需要每次只允許一個(gè)線程操作的數(shù)據(jù),可以將其操作放到acquire和release方法之間。如下:
多線程的優(yōu)勢(shì)在于可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)(至少感覺起來是這樣)。但是當(dāng)線程需要共享數(shù)據(jù)時(shí),可能存在數(shù)據(jù)不同步的問題。
考慮這樣一種情況:一個(gè)列表里所有元素都是0,線程"set"從后向前把所有元素改成1,而線程"print"負(fù)責(zé)從前往后讀取列表并打印。
那么,可能線程"set"開始改的時(shí)候,線程"print"便來打印列表了,輸出就成了一半0一半1,這就是數(shù)據(jù)的不同步。為了避免這種情況,引入了鎖的概念。
鎖有兩種狀態(tài)——鎖定和未鎖定。每當(dāng)一個(gè)線程比如"set"要訪問共享數(shù)據(jù)時(shí),必須先獲得鎖定;如果已經(jīng)有別的線程比如"print"獲得鎖定了,那么就讓線程"set"暫停,也就是同步阻塞;等到線程"print"訪問完畢,釋放鎖以后,再讓線程"set"繼續(xù)。
經(jīng)過這樣的處理,打印列表時(shí)要么全部輸出0,要么全部輸出1,不會(huì)再出現(xiàn)一半0一半1的尷尬場(chǎng)面。
實(shí)例:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- 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 "Starting " + self.name # 獲得鎖,成功獲得鎖定后返回True # 可選的timeout參數(shù)不填時(shí)將一直阻塞直到獲得鎖定 # 否則超時(shí)后將返回False threadLock.acquire() print_time(self.name, self.counter, 3) # 釋放鎖 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 = [] # 創(chuàng)建新線程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 開啟新線程 thread1.start() thread2.start() # 添加線程到線程列表 threads.append(thread1) threads.append(thread2) # 等待所有線程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread"
線程優(yōu)先級(jí)隊(duì)列( Queue)
Python的Queue模塊中提供了同步的、線程安全的隊(duì)列類,包括FIFO(先入先出)隊(duì)列Queue,LIFO(后入先出)隊(duì)列LifoQueue,和優(yōu)先級(jí)隊(duì)列PriorityQueue。這些隊(duì)列都實(shí)現(xiàn)了鎖原語,能夠在多線程中直接使用??梢允褂藐?duì)列來實(shí)現(xiàn)線程間的同步。
Queue模塊中的常用方法:
Queue.qsize() 返回隊(duì)列的大小
Queue.empty() 如果隊(duì)列為空,返回True,反之False
Queue.full() 如果隊(duì)列滿了,返回True,反之False
Queue.full 與 maxsize 大小對(duì)應(yīng)
Queue.get([block[, timeout]])獲取隊(duì)列,timeout等待時(shí)間
Queue.get_nowait() 相當(dāng)Queue.get(False)
Queue.put(item) 寫入隊(duì)列,timeout等待時(shí)間
Queue.put_nowait(item) 相當(dāng)Queue.put(item, False)
Queue.task_done() 在完成一項(xiàng)工作之后,Queue.task_done()函數(shù)向任務(wù)已經(jīng)完成的隊(duì)列發(fā)送一個(gè)信號(hào)
Queue.join() 實(shí)際上意味著等到隊(duì)列為空,再執(zhí)行別的操作
實(shí)例:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- 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 "Starting " + self.name process_data(self.name, self.q) print "Exiting " + 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 # 創(chuàng)建新線程 for tName in threadList: thread = myThread(threadID, tName, workQueue) thread.start() threads.append(thread) threadID += 1 # 填充隊(duì)列 queueLock.acquire() for word in nameList: workQueue.put(word) queueLock.release() # 等待隊(duì)列清空 while not workQueue.empty(): pass # 通知線程是時(shí)候退出 exitFlag = 1 # 等待所有線程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread"
以上程序執(zhí)行結(jié)果:
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Starting Thread-3 Thread-1 processing One Thread-2 processing Two Thread-3 processing Three Thread-1 processing Four Thread-2 processing Five Exiting Thread-3 Exiting Thread-1 Exiting Thread-2 Exiting Main Thread