python核心编程（十五）— 多线程编程

多线程编程

Python、线程和全局解释器锁

全局解释器锁(GIL)

Python 代码的执行由 Python 虚拟机(也叫解释器主循环)来控制。Python 在设计之初就考虑到 要在主循环中,同时只有一个线程在执行,就像单 CPU 的系统中运行多个进程那样,内存中可以存放多个程序,但任意时刻,只有一个程序在 CPU 中运行。同样地,虽然 Python 解释器中可以“运行” 多个线程,但在任意时刻,只有一个线程在解释器中运行。

对 Python 虚拟机的访问由全局解释器锁(GIL)来控制,正是这个锁能保证同一时刻只有一个 线程在运行。在多线程环境中,Python 虚拟机按以下方式执行:

1. 设置 GIL
2. 切换到一个线程去运行
3. 运行:
   
   1. 指定数量的字节码指令,或者
   2. 线程主动让出控制(可以调用 time.sleep(0)) 把线设置为睡眠状态
4. 解锁 GIL
5. 再次重复以上所有步骤

退出线程

当一个线程结束计算,它就退出了。线程可以调用 thread.exit()之类的退出函数,也可以使用 Python 退出进程的标准方法,如 sys.exit()或抛出一个 SystemExit 异常等。不过,你不可以直接 “杀掉”(“kill”)一个线程。

thread 模块

除了产生线程外,thread 模块也提供了基本的同步数 据结构锁对象(lock object,也叫原语锁,简单锁,互斥锁,互斥量,二值信号量)

thread 模块函数

函数 描述 start_new_thread(function, args, kwargs=None) 产生一个新的线程,在新线程中用指定的参数和可选的 kwargs 来调用这个函数。 allocate_lock() 分配一个 LockType 类型的锁对象 exit() 让线程退出

LockType 类型锁对象方法

函数 描述 acquire(wait=None) 尝试获取锁对象 locked() 如果获取了锁对象返回 True,否则返回 False release() 释放锁

示例：

# coding=utf-8import threadfrom time import sleep, ctimedef loop0():    print 'start loop 0 at:', ctime()    sleep(4)    print 'loop 0 done at:', ctime()    returndef loop1():    print 'start loop 1 at:', ctime()    sleep(2)    print 'loop 1 done at:', ctime()    returndef main():    print 'starting at:', ctime()    thread.start_new_thread(loop0, ())    thread.start_new_thread(loop1, ())    sleep(6)    print 'all DONE at:', ctime()if __name__ == '__main__':    main()

加锁示例：

#!/usr/bin/env pythonimport threadfrom time import sleep, ctimeloops = [1, 2]def loop(nloop, nsec, lock):    print 'start loop', nloop, 'at:', ctime()    sleep(nsec)    print 'loop', nloop, 'done at:', ctime()    lock.release()def main():    print 'starting at:', ctime()    locks = []    nloops = range(len(loops))    for i in nloops:        lock = thread.allocate_lock()        lock.acquire()        locks.append(lock)    for i in nloops:        thread.start_new_thread(loop, (i, loops[i], locks[i]))    for i in nloops:        while locks[i].locked():            print i            pass    print 'all DONE at:', ctime()if __name__ == '__main__':    main()

threading 模块

threading 模块对象 描述 Thread 表示一个线程的执行的对象 Lock 锁原语对象(跟 thread 模块里的锁对象相同) RLock 可重入锁对象。使单线程可以再次获得已经获得了的锁(递归锁定)。 Condition 条件变量对象能让一个线程停下来,等待其它线程满足了某个“条件”。 如,状态的改变或值的改变。 Event 通用的条件变量。多个线程可以等待某个事件的发生,在事件发生后, 所有的线程都会被激活。 Semaphore 为等待锁的线程提供一个类似“等候室”的结构 BoundedSemaphore 与 Semaphore 类似,只是它不允许超过初始值 Timer 与 Thread 相似,只是,它要等待一段时间后才开始运行。

Thread 类

用 Thread 类,你可以用多种方法来创建线程。

• 创建一个Thread的实例,传给它一个函数
• 创建一个Thread的实例,传给它一个可调用的类对象
• 从Thread派生出一个子类,创建一个这个子类的实例

Thread 对象的函数

threading 模块对象 描述 start() 开始线程的执行 run() 定义线程的功能函数（一般被子类重写） join(timeout=None) 程序挂起,直到线程结束;如果给了 timeout,则最多阻塞 timeout 秒 getName() 返回线程的名字 setName(name) 设置线程的名字 isAlive() 布尔标志,表示这个线程是否还在运行中 isDaemon() 返回线程的 daemon 标志

示例：

import threadingfrom time import sleep, ctimeloops = [4, 2]def loop(nloop, nsec):    print 'start loop', nloop, 'at:', ctime()    sleep(nsec)    print 'loop', nloop, 'done at:', ctime()def main():    print 'starting at:', ctime()    threads = []    nloops = range(len(loops))    for i in nloops:        t = threading.Thread(target=loop, args=(i, loops[i]))        threads.append(t)    for i in nloops:  # start threads        threads[i].start()    for i in nloops:  # wait for all        threads[i].join()  # threads to finish    print 'all DONE at:', ctime()if __name__ == '__main__':    main()

使用可调用的类 示例：

import threadingfrom time import sleep, ctimeloops = [4, 2]class ThreadFunc(object):    def __init__(self, func, args, name=''):        self.name = name        self.func = func        self.args = args    def __call__(self):        apply(self.func, self.args)def loop(nloop, nsec):    print 'start loop', nloop, 'at:', ctime()    sleep(nsec)    print 'loop', nloop, 'done at:', ctime()def main():    print 'starting at:', ctime()    threads = []    nloops = range(len(loops))    for i in nloops:  # create all threads        t = threading.Thread(target=ThreadFunc(loop, (i, loops[i]), loop.__name__))        threads.append(t)    for i in nloops:  # start all threads        threads[i].start()    for i in nloops:  # wait for completion        threads[i].join()    print 'all DONE at:', ctime()if __name__ == '__main__':    main()

threading 模块中的其它函数

函数 描述 activeCount() 当前活动的线程对象的数量 currentThread() 返回当前线程对象 enumerate() 返回当前活动线程的列表 settrace(func) 为所有线程设置一个跟踪函数 setprofile(func) 为所有线程设置一个 profile 函数

生产者-消费者问题和 Queue 模块

常用的 Queue 模块的属性

Queue 模块函数

函数 描述 queue(size) 创建一个大小为 size 的 Queue 对象

Queue 对象函数

函数 描述 qsize() 返回队列的大小(由于在返回的时候,队列可能会被其它线程修改,所以这个值是近似值) empty() 如果队列为空返回 True,否则返回 False full() 如果队列为满返回 True,否则返回 False put(item,block=0) 把item放到队列中,如果给了block(不为0),函数会一直阻塞到队列中有空间为止 get(block=0) 从队列中取一个对象,如果给了 block(不为 0),函数会一直阻塞到队列中有对象为止

守护线程

另一个避免使用 thread 模块的原因是,它不支持守护线程。当主线程退出时,所有的子线程不 论它们是否还在工作,都会被强行退出。有时,我们并不期望这种行为。这时就引入了守护线程的概念。

threading 模块支持守护线程,它们是这样工作的:守护线程一般是一个等待客户请求的服务器, 如果没有客户提出请求,它就在那等着。如果你设定一个线程为守护线程,就表示你在说这个线程 是不重要的,在进程退出的时候,不用等待这个线程退出。

如果你的主线程要退出的时候,不用等待那些子线程完成,那就设定这些线程的 daemon 属性。 即在线程开始(调用 thread.start())之前,调用 setDaemon()函数设定线程的 daemon 标志 (thread.setDaemon(True))就表示这个线程“不重要”

相关模块

多线程相关的标准库模块

模块 描述 thread 基本的,底级别的线程模块 threading 高级别的线程和同步对象 Queue 提供多线程使用的同步先进先出(FIFO)队列 mutex 互斥对象 SocketServer 具有线程控制的 TCP 和 UDP 管理器

---

参考资料：
Python核心编程
备注：
转载请注明出处：http://blog.csdn.net/wsyw126/article/details/55001199
作者：WSYW126