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Python ?? ?? ???? / Python 多線程

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(zhǎng)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