Python3 多线程

溪水叮咚

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，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。
  

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，Python3 将 thread 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:

1. _thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )

复制代码

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

1. #!/usr/bin/python3
   
2. 
   
3. import _thread
   
4. import time
   
5. 
   
6. # 为线程定义一个函数
   
7. def print_time( threadName, delay):
   
8.    count = 0
   
9.    while count < 5:
   
10.       time.sleep(delay)
    
11.       count += 1
    
12.       print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))
    
13. 
    
14. # 创建两个线程
    
15. try:
    
16.    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
    
17.    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
    
18. except:
    
19.    print ("Error: 无法启动线程")
    
20. 
    
21. while 1:
    
22.    pass

复制代码

执行以上程序输出结果如下：

1. Thread-1: Wed Apr  6 11:36:31 2016
   
2. Thread-1: Wed Apr  6 11:36:33 2016
   
3. Thread-2: Wed Apr  6 11:36:33 2016
   
4. Thread-1: Wed Apr  6 11:36:35 2016
   
5. Thread-1: Wed Apr  6 11:36:37 2016
   
6. Thread-2: Wed Apr  6 11:36:37 2016
   
7. Thread-1: Wed Apr  6 11:36:39 2016
   
8. Thread-2: Wed Apr  6 11:36:41 2016
   
9. Thread-2: Wed Apr  6 11:36:45 2016
   
10. Thread-2: Wed Apr  6 11:36:49 2016

复制代码

线程模块

Python3 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，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：

1. #!/usr/bin/python3
   
2. 
   
3. import threading
   
4. import time
   
5. 
   
6. exitFlag = 0
   
7. 
   
8. class myThread (threading.Thread):
   
9.     def __init__(self, threadID, name, counter):
   
10.         threading.Thread.__init__(self)
    
11.         self.threadID = threadID
    
12.         self.name = name
    
13.         self.counter = counter
    
14.     def run(self):
    
15.         print ("开始线程：" + self.name)
    
16.         print_time(self.name, self.counter, 5)
    
17.         print ("退出线程：" + self.name)
    
18. 
    
19. def print_time(threadName, delay, counter):
    
20.     while counter:
    
21.         if exitFlag:
    
22.             threadName.exit()
    
23.         time.sleep(delay)
    
24.         print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
    
25.         counter -= 1
    
26. 
    
27. # 创建新线程
    
28. thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
    
29. thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)
    
30. 
    
31. # 开启新线程
    
32. thread1.start()
    
33. thread2.start()
    
34. thread1.join()
    
35. thread2.join()
    
36. print ("退出主线程")

复制代码

以上程序执行结果如下；

1. 开始线程：Thread-1
   
2. 开始线程：Thread-2
   
3. Thread-1: Wed Apr  6 11:46:46 2016
   
4. Thread-1: Wed Apr  6 11:46:47 2016
   
5. Thread-2: Wed Apr  6 11:46:47 2016
   
6. Thread-1: Wed Apr  6 11:46:48 2016
   
7. Thread-1: Wed Apr  6 11:46:49 2016
   
8. Thread-2: Wed Apr  6 11:46:49 2016
   
9. Thread-1: Wed Apr  6 11:46:50 2016
   
10. 退出线程：Thread-1
    
11. Thread-2: Wed Apr  6 11:46:51 2016
    
12. Thread-2: Wed Apr  6 11:46:53 2016
    
13. Thread-2: Wed Apr  6 11:46:55 2016
    
14. 退出线程：Thread-2
    
15. 退出主线程

复制代码

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 Lock 和 Rlock 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 acquire 和 release 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。

1. #!/usr/bin/python3
   
2. 
   
3. import threading
   
4. import time
   
5. 
   
6. class myThread (threading.Thread):
   
7.     def __init__(self, threadID, name, counter):
   
8.         threading.Thread.__init__(self)
   
9.         self.threadID = threadID
   
10.         self.name = name
    
11.         self.counter = counter
    
12.     def run(self):
    
13.         print ("开启线程： " + self.name)
    
14.         # 获取锁，用于线程同步
    
15.         threadLock.acquire()
    
16.         print_time(self.name, self.counter, 3)
    
17.         # 释放锁，开启下一个线程
    
18.         threadLock.release()
    
19. 
    
20. def print_time(threadName, delay, counter):
    
21.     while counter:
    
22.         time.sleep(delay)
    
23.         print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
    
24.         counter -= 1
    
25. 
    
26. threadLock = threading.Lock()
    
27. threads = []
    
28. 
    
29. # 创建新线程
    
30. thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
    
31. thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)
    
32. 
    
33. # 开启新线程
    
34. thread1.start()
    
35. thread2.start()
    
36. 
    
37. # 添加线程到线程列表
    
38. threads.append(thread1)
    
39. threads.append(thread2)
    
40. 
    
41. # 等待所有线程完成
    
42. for t in threads:
    
43.     t.join()
    
44. print ("退出主线程")

复制代码

执行以上程序，输出结果为：

1. 开启线程： Thread-1
   
2. 开启线程： Thread-2
   
3. Thread-1: Wed Apr  6 11:52:57 2016
   
4. Thread-1: Wed Apr  6 11:52:58 2016
   
5. Thread-1: Wed Apr  6 11:52:59 2016
   
6. Thread-2: Wed Apr  6 11:53:01 2016
   
7. Thread-2: Wed Apr  6 11:53:03 2016
   
8. Thread-2: Wed Apr  6 11:53:05 2016
   
9. 退出主线程

复制代码

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，包括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，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.full 与 maxsize 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
  

1. #!/usr/bin/python3
   
2. 
   
3. import queue
   
4. import threading
   
5. import time
   
6. 
   
7. exitFlag = 0
   
8. 
   
9. class myThread (threading.Thread):
   
10.     def __init__(self, threadID, name, q):
    
11.         threading.Thread.__init__(self)
    
12.         self.threadID = threadID
    
13.         self.name = name
    
14.         self.q = q
    
15.     def run(self):
    
16.         print ("开启线程：" + self.name)
    
17.         process_data(self.name, self.q)
    
18.         print ("退出线程：" + self.name)
    
19. 
    
20. def process_data(threadName, q):
    
21.     while not exitFlag:
    
22.         queueLock.acquire()
    
23.         if not workQueue.empty():
    
24.             data = q.get()
    
25.             queueLock.release()
    
26.             print ("%s processing %s" % (threadName, data))
    
27.         else:
    
28.             queueLock.release()
    
29.         time.sleep(1)
    
30. 
    
31. threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
    
32. nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
    
33. queueLock = threading.Lock()
    
34. workQueue = queue.Queue(10)
    
35. threads = []
    
36. threadID = 1
    
37. 
    
38. # 创建新线程
    
39. for tName in threadList:
    
40.     thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    
41.     thread.start()
    
42.     threads.append(thread)
    
43.     threadID += 1
    
44. 
    
45. # 填充队列
    
46. queueLock.acquire()
    
47. for word in nameList:
    
48.     workQueue.put(word)
    
49. queueLock.release()
    
50. 
    
51. # 等待队列清空
    
52. while not workQueue.empty():
    
53.     pass
    
54. 
    
55. # 通知线程是时候退出
    
56. exitFlag = 1
    
57. 
    
58. # 等待所有线程完成
    
59. for t in threads:
    
60.     t.join()
    
61. print ("退出主线程")

复制代码

以上程序执行结果：

1. 开启线程：Thread-1
   
2. 开启线程：Thread-2
   
3. 开启线程：Thread-3
   
4. Thread-3 processing One
   
5. Thread-1 processing Two
   
6. Thread-2 processing Three
   
7. Thread-3 processing Four
   
8. Thread-1 processing Five
   
9. 退出线程：Thread-3
   
10. 退出线程：Thread-2
    
11. 退出线程：Thread-1
    
12. 退出主线程

复制代码

注：此贴转为https://www.runoob.com/python3/python3-multithreading.html
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_2_

至今除了我没有别的评论……

stefanie0511

_2_ 发表于 2020-4-14 15:41
至今除了我没有别的评论……

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