Python 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。
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(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python# -*- coding: UTF-8 -*-importthreadimporttime# 为线程定义一个函数defprint_time(threadName,delay):count=0whilecount<5:time.sleep(delay)count+=1print"%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"while1:pass
执行以上程序输出结果如下:
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
线程的结束一般依靠线程函数的自然结束;也可以在线程函数中调用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。
threading 模块提供的其他方法:
- 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
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:
实例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python# -*- coding: UTF-8 -*-importthreadingimporttimeexitFlag=0classmyThread(threading.Thread):#继承父类threading.Threaddef__init__(self,threadID,name,counter):threading.Thread.__init__(self)self.threadID=threadIDself.name=nameself.counter=counterdefrun(self):#把要执行的代码写到run函数里面 线程在创建后会直接运行run函数print"Starting"+self.nameprint_time(self.name,self.counter,5)
pan> print"Exiting"+self.namedefprint_time(threadName,delay,counter):whilecounter:ifexitFlag:(threading.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"
以上程序执行结果如下;
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
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。
实例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python# -*- coding: UTF-8 -*-importthreadingimporttimeclassmyThread(threading.Thread):def__init__(self,threadID,name,counter):threading.Thread.__init__(self)self.threadID=threadIDself.name=nameself.counter=counterdefrun(self):print"Starting"+self.name# 获得锁,成功获得锁定后返回True# 可选的timeout参数不填时将一直阻塞直到获得锁定# 否则超时后将返回FalsethreadLock.acquire()print_time(self.name,self.counter,3)# 释放锁threadLock.release()defprint_time(threadName,delay,counter):whilecounter:time.sleep(delay)print"%s: %s"%(threadName,time.ctime(time.time()))counter-=1threadLock=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()# 添加线程到线程列表threads.append(thread1)threads.append(thread2)# 等待所有线程完成fortinthreads:t.
an>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
实例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python# -*- coding: UTF-8 -*-importQueueimportthreadingimporttimeexitFlag=0classmyThread(threading.Thread):def__init__(self,threadID,name,q):threading.Thread.__init__(self)self.threadID=threadIDself.name=nameself.q=qdefrun(self):print"Starting"+self.nameprocess_data(self.name,self.q)print"Exiting"+self.namedefprocess_data(threadName,q):whilenotexitFlag:queueLock.acquire()ifnotworkQueue.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fortNameinthreadList:thread=myThread(threadID,tName,workQueue)thread.start()threads.append(thread)threadID+=1# 填充队列queueLock.acquire()forwordinnameList:workQueue.put(word)queueLock.release()# 等待队列清空whilenotworkQueue.empty():pass# 通知线程是时候退出exitFlag=1# 等待所有线程完成fortinthreads:t.join()print"Exiting Main Thread"
以上程序执行结果:
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
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