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Python菜鸟晋级12----多线程
Python 多线程
多线程类似于同一时候执行多个不同程序,多线程执行有例如以下长处:
- 使用线程能够把占领长时间的程序中的任务放到后台去处理。
- 用户界面能够更加吸引人。这样比方用户点击了一个button去触发某些事件的处理,能够弹出一个进度条来显示处理的进度
- 程序的执行速度可能加快
- 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,线程就比較实用了。在这样的情况下我们能够释放一些珍贵的资源如内存占用等等。
线程在运行过程中与进程还是有差别的。
每一个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序运行序列和程序的出口。可是线程不可以独立运行,必须依存在应用程序中。由应用程序提供多个线程运行控制。
每一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执行该线程的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执行的,这些地址都用于标志拥有线程的进程地址空间中的内存。
- 线程能够被抢占(中断)。
- 在其它线程正在执行时,线程能够临时搁置(也称为睡眠) -- 这就是线程的退让。
開始学习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(在python3.0之前叫做thread)中的start_new_thread()函数来产生新线程。语法例如以下:
_thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )
參数说明:
- function - 线程函数。
- args - 传递给线程函数的參数,他必须是个tuple类型。
- kwargs - 可选參数。
实例:
#coding=utf-8 #!/usr/bin/pythonimport _thread import time # 为线程定义一个函数 def print_time( threadName, delay): count = 0 while count < 5: time.sleep(delay) count += 1 print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) )) # 创建两个线程 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
运行以上程序输出结果例如以下:
Thread-1: Sun Aug 23 20:43:18 2015 Thread-1: Sun Aug 23 20:43:20 2015 Thread-2: Sun Aug 23 20:43:20 2015 Thread-1: Sun Aug 23 20:43:22 2015 Thread-2: Sun Aug 23 20:43:24 2015 Thread-1: Sun Aug 23 20:43:24 2015 Thread-1: Sun Aug 23 20:43:26 2015
线程的结束一般依靠线程函数的自然结束。也能够在线程函数中调用_thread.exit()。他抛出SystemExit exception,达到退出线程的目的。
线程模块
Python通过两个标准库thread和threading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。
thread 模块提供的其它方法:
- threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
- threading.enumerate(): 返回一个包括正在执行的线程的list。
正在执行指线程启动后、结束前。不包括启动前和终止后的线程。
- threading.activeCount(): 返回正在执行的线程数量。与len(threading.enumerate())有同样的结果。
除了用法外。线程模块相同提供了Thread类来处理线程。Thread类提供了下面方法:
- 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。
这堵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
使用Threading模块创建线程。直接从threading.Thread继承,然后重写__init__方法和run方法:
#coding=utf-8 #!/usr/bin/python#coding=utf-8 __author__ = ‘a359680405‘ import threading import time import _thread exitFlag = 0 class myThread (threading.Thread): #继承父类threading.Thread def __init__(self, threadID, name, counter): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.counter = counter def run(self): #把要执行的代码写到run函数里面 线程在创建后会直接执行run函数 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 # 创建新线程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 开启线程 thread1.start() thread2.start() print ("Exiting Main Thread")
以上程序运行结果例如以下;
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Exiting Main Thread Thread-1: Sun Aug 23 21:27:32 2015 Thread-1: Sun Aug 23 21:27:33 2015 Thread-2: Sun Aug 23 21:27:33 2015 Thread-1: Sun Aug 23 21:27:34 2015 Thread-1: Sun Aug 23 21:27:35 2015 Thread-2: Sun Aug 23 21:27:35 2015 Thread-1: Sun Aug 23 21:27:36 2015 Exiting Thread-1 Thread-2: Sun Aug 23 21:27:37 2015 Thread-2: Sun Aug 23 21:27:39 2015 Thread-2: Sun Aug 23 21:27:41 2015 Exiting Thread-2
线程同步
假设多个线程共同对某个数据改动,则可能出现不可预料的结果,为了保证数据的正确性,须要对多个线程进行同步。
使用Thread对象的Lock和Rlock能够实现简单的线程同步,这两个对象都有acquire方法和release方法。对于那些须要每次仅仅同意一个线程操作的数据,能够将其操作放到acquire和release方法之间。例如以下:
多线程的优势在于能够同一时候执行多个任务(至少感觉起来是这样)。可是当线程须要共享数据时,可能存在数据不同步的问题。
考虑这样一种情况:一个列表里全部元素都是0,线程"set"从后向前把全部元素改成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"開始改的时候,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。为了避免这样的情况。引入了锁的概念。
锁有两种状态——锁定和未锁定。每当一个线程比方"set"要訪问共享数据时,必须先获得锁定。假设已经有别的线程比方"print"获得锁定了,那么就让线程"set"暂停。也就是同步堵塞;等到线程"print"訪问完成,释放锁以后,再让线程"set"继续。
经过这种处理,打印列表时要么所有输出0,要么所有输出1,不会再出现一半0一半1的尴尬场面。
实例:
#coding=utf-8 __author__ = ‘a359680405‘ 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) # 获得锁。成功获得锁定后返回True # 可选的timeout參数不填时将一直堵塞直到获得锁定 # 否则超时后将返回False threadLock.acquire() print_time(self.name, self.counter, 3) # 释放锁 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 = [] # 创建新线程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 开启新线程 thread1.start() thread2.start() # 加入线程到线程列表 threads.append(thread1) threads.append(thread2) # 等待全部线程完毕 for t in threads: t.join() print ("Exiting Main Thread")
线程优先级队列( Queue)
Python的Queue模块中提供了同步的、线程安全的队列类,包含FIFO(先入先出)队列Queue,LIFO(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。可以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模块中的经常用法:
- Queue.qsize() 返回队列的大小
- Queue.empty() 假设队列为空。返回True,反之False
- Queue.full() 假设队列满了,返回True,反之False
- Queue.full 与 maxsize 大小相应
- 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() 在完毕一项工作之后,Queue.task_done()函数向任务已经完毕的队列发送一个信号
- Queue.join() 实际上意味着等到队列为空。再运行别的操作
实例:
#coding=utf-8 __author__ = ‘a359680405‘ 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 # 创建新线程 for tName in threadList: thread = myThread(threadID, tName, 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 # 等待全部线程完毕 for t in threads: t.join() print ("Exiting Main Thread")
以上程序运行结果:
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
Python菜鸟晋级12----多线程