【Python】Python3多线程

来源:互联网 发布:bw报表软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 17:20

Python3多线程
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,这样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,Python3thread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:

import _threadimport time#为线程定义一个函数def print_time( threadName, delay):    count = 0    while count<5:        time.sleep(delay)        print("%s,%s"%(threadName,time.ctime(time.time())))        count +=1#创建两个线try:    _thread.start_new_thread(print_time, ("TonyTime1",2))    _thread.start_new_thread(print_time, ("TonyTime2",4))except:    print("启动线程失败")    while 1:    pass

执行以上程序输出结果如下:

TonyTime1,Mon Sep  4 15:40:23 2017TonyTime1,Mon Sep  4 15:40:25 2017TonyTime2,Mon Sep  4 15:40:25 2017TonyTime1,Mon Sep  4 15:40:27 2017TonyTime2,Mon Sep  4 15:40:29 2017TonyTime1,Mon Sep  4 15:40:29 2017TonyTime1,Mon Sep  4 15:40:31 2017TonyTime2,Mon Sep  4 15:40:33 2017TonyTime2,Mon Sep  4 15:40:37 2017TonyTime2,Mon Sep  4 15:40:41 2017

线程模块
Python3通过两个标准库_threadthreading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:
实例:

import threadingimport timeexitflag = 0class Mythread(threading.Thread):    def __init__(self,id,threadName,counter):        threading.Thread.__init__(self)        self.counter = counter        self.threadID = id        self.threadName = threadName    def run(self):        print("开始线程:"+self.name)        print_time(self.name,5,self.counter)        print("结束线程:"+self.name)def print_time(threadName,counter,delay):    while counter:        if exitflag:            threadName.exit()        time.sleep(delay)        print("%s,%s"%(threadName,time.ctime(time.time())))        counter -=1#创建线程            thread1 = Mythread(1,"Tony1-Thread1",1)thread2 = Mythread(2,"Tony2-Thread2",2)#开启线程thread1.start()thread2.start()thread1.join()thread2.join()print("退出总的线程")

以上程序执行结果如下:

开始线程:Thread-1开始线程:Thread-2Thread-1,Mon Sep  4 17:42:13 2017Thread-1,Mon Sep  4 17:42:14 2017Thread-2,Mon Sep  4 17:42:14 2017Thread-1,Mon Sep  4 17:42:15 2017Thread-2,Mon Sep  4 17:42:16 2017Thread-1,Mon Sep  4 17:42:16 2017Thread-1,Mon Sep  4 17:42:17 2017结束线程:Thread-1Thread-2,Mon Sep  4 17:42:18 2017Thread-2,Mon Sep  4 17:42:20 2017Thread-2,Mon Sep  4 17:42:22 2017结束线程:Thread-2退出总的线程

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LockRlock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acquirerelease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:

import threadingimport time class myThread(threading.Thread):    def __init__(self,threadID,threadName,counter):        threading.Thread.__init__(self)        self.threadID = threadID        self.threadName = threadName        self.counter = counter    def run(self):        print("开始线程:"+self.name)        #获取锁,用于线程同步        threadLock.acquire()        print_time(self.threadName,self.counter,5)        #释放锁,开启下一个线程        threadLock.release()        print("结束线程:"+self.name)def print_time(threadName,delay,count):    while count:        time.sleep(delay)        print("%s,%s"%(threadName,time.ctime(time.time())))        count -=1threads= []  threadLock =  threading.Lock()#创建新线程     thread1 = myThread(1,"Thread1",1)thread2 = myThread(2,"Thread2",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 i in threads:     i.join()#thread1.join()#thread2.join()print("退出主线程") 

执行以上程序,输出结果为:

开始线程:Thread-1开始线程:Thread-2Thread1,Tue Sep  5 10:00:00 2017Thread1,Tue Sep  5 10:00:01 2017Thread1,Tue Sep  5 10:00:02 2017Thread1,Tue Sep  5 10:00:03 2017Thread1,Tue Sep  5 10:00:04 2017结束线程:Thread-1Thread2,Tue Sep  5 10:00:06 2017Thread2,Tue Sep  5 10:00:08 2017Thread2,Tue Sep  5 10:00:10 2017Thread2,Tue Sep  5 10:00:12 2017Thread2,Tue Sep  5 10:00:14 2017结束线程:Thread-2退出主线程

线程优先级队列Queue

PythonQueue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QueueLIFO(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.fullmaxsize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

import queueimport threadingimport timeexitFlag = 0class Mythread(threading.Thread):    def __init__(self,threadName,threadID,q):        threading.Thread.__init__(self)        self.threadName = threadName        self.threadID = threadID        self.q = q    def run(self):        print("开始线程" + self.threadName)        process_data(self.name,self.q)        print("结束线程:" + self.threadName)        #print("hello,world!!!")def process_data(threadName,q):    while not exitFlag:        queueLock.acquire()        if not workQueue.empty():            data = q.get()            queueLock.release()            print("%s process %s,%s"%(threadName,data,time.ctime(time.time())))        else:            queueLock.release()        time.sleep(1)threadList = ["Thread-1","Thread-2","Thread-3"]nameList = ["One","Two","Three","Four","Five"]workQueue = queue.Queue(10)queueLock  = threading.Lock()threads = []threadID = 1#创建新线程for tName in threadList:    thread = Mythread(tName,threadID,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:

开始线程Thread-1开始线程Thread-2开始线程Thread-3Thread-3 process One,Tue Sep  5 12:00:34 2017Thread-3 process Two,Tue Sep  5 12:00:35 2017Thread-1 process Three,Tue Sep  5 12:00:35 2017Thread-2 process Four,Tue Sep  5 12:00:35 2017Thread-1 process Five,Tue Sep  5 12:00:36 2017结束线程:Thread-1结束线程:Thread-3结束线程:Thread-2退出主线程
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