Python3多線(xiàn)程基礎知識點(diǎn)的示例分析

這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)Python3多線(xiàn)程基礎知識點(diǎn)的示例分析，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

多線(xiàn)程類(lèi)似于同時(shí)執行多個(gè)不同程序，多線(xiàn)程運行有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 使用線(xiàn)程可以把占據長(cháng)時(shí)間的程序中的任務(wù)放到后臺去處理。

• 用戶(hù)界面可以更加吸引人，比如用戶(hù)點(diǎn)擊了一個(gè)按鈕去觸發(fā)某些事件的處理，可以彈出一個(gè)進(jìn)度條來(lái)顯示處理的進(jìn)度

• 程序的運行速度可能加快

• 在一些等待的任務(wù)實(shí)現上如用戶(hù)輸入、文件讀寫(xiě)和網(wǎng)絡(luò )收發(fā)數據等，線(xiàn)程就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如內存占用等等。
  

線(xiàn)程在執行過(guò)程中與進(jìn)程還是有區別的。每個(gè)獨立的線(xiàn)程有一個(gè)程序運行的入口、順序執行序列和程序的出口。但是線(xiàn)程不能夠獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個(gè)線(xiàn)程執行控制。

每個(gè)線(xiàn)程都有他自己的一組CPU寄存器，稱(chēng)為線(xiàn)程的上下文，該上下文反映了線(xiàn)程上次運行該線(xiàn)程的CPU寄存器的狀態(tài)。
指令指針和堆棧指針寄存器是線(xiàn)程上下文中兩個(gè)最重要的寄存器，線(xiàn)程總是在進(jìn)程得到上下文中運行的，這些地址都用于標志擁有線(xiàn)程的進(jìn)程地址空間中的內存。

• 線(xiàn)程可以被搶占（中斷）。

• 在其他線(xiàn)程正在運行時(shí)，線(xiàn)程可以暫時(shí)擱置（也稱(chēng)為睡眠） -- 這就是線(xiàn)程的退讓。

線(xiàn)程可以分為:

• 內核線(xiàn)程：由操作系統內核創(chuàng )建和撤銷(xiāo)。

• 用戶(hù)線(xiàn)程：不需要內核支持而在用戶(hù)程序中實(shí)現的線(xiàn)程。

Python3 線(xiàn)程中常用的兩個(gè)模塊為：

• _thread

• threading(推薦使用)

thread 模塊已被廢棄。用戶(hù)可以使用 threading 模塊代替。所以，在 Python3 中不能再使用"thread" 模塊。為了兼容性，Python3 將 thread 重命名為 "_thread"。

開(kāi)始學(xué)習Python線(xiàn)程

Python中使用線(xiàn)程有兩種方式：函數或者用類(lèi)來(lái)包裝線(xiàn)程對象。

函數式：調用 _thread 模塊中的start_new_thread()函數來(lái)產(chǎn)生新線(xiàn)程。語(yǔ)法如下:

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

參數說(shuō)明:

• function - 線(xiàn)程函數。

• args - 傳遞給線(xiàn)程函數的參數,他必須是個(gè)tuple類(lèi)型。

• kwargs - 可選參數。

實(shí)例：

#!/usr/bin/python3

import _thread
import time

# 為線(xiàn)程定義一個(gè)函數
def print_time( threadName, delay):
 count = 0
 while count < 5:
  time.sleep(delay)
  count += 1
  print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))

# 創(chuàng  )建兩個(gè)線(xiàn)程
try:
 _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
 _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
 print ("Error: 無(wú)法啟動(dòng)線(xiàn)程")

while 1:
 pass

執行以上程序輸出結果如下：

Thread-1: Wed Apr 6 11:36:31 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:33 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:33 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:35 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:37 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:37 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:36:39 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:41 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:45 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:36:49 2016

執行以上程后可以按下 ctrl-c to 退出。

線(xiàn)程模塊

Python3 通過(guò)兩個(gè)標準庫 _thread 和 threading 提供對線(xiàn)程的支持。

_thread 提供了低級別的、原始的線(xiàn)程以及一個(gè)簡(jiǎn)單的鎖，它相比于 threading 模塊的功能還是比較有限的。
threading 模塊除了包含 _thread 模塊中的所有方法外，還提供的其他方法：

• threading.currentThread(): 返回當前的線(xiàn)程變量。

• threading.enumerate(): 返回一個(gè)包含正在運行的線(xiàn)程的list。正在運行指線(xiàn)程啟動(dòng)后、結束前，不包括啟動(dòng)前和終止后的線(xiàn)程。

• threading.activeCount(): 返回正在運行的線(xiàn)程數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。

除了使用方法外，線(xiàn)程模塊同樣提供了Thread類(lèi)來(lái)處理線(xiàn)程，Thread類(lèi)提供了以下方法:

• run(): 用以表示線(xiàn)程活動(dòng)的方法。

• start():啟動(dòng)線(xiàn)程活動(dòng)。

• join([time]): 等待至線(xiàn)程中止。這阻塞調用線(xiàn)程直至線(xiàn)程的join() 方法被調用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時(shí)發(fā)生。

• isAlive(): 返回線(xiàn)程是否活動(dòng)的。

• getName(): 返回線(xiàn)程名。

• setName(): 設置線(xiàn)程名。

使用 threading 模塊創(chuàng )建線(xiàn)程

我們可以通過(guò)直接從 threading.Thread 繼承創(chuàng )建一個(gè)新的子類(lèi)，并實(shí)例化后調用 start() 方法啟動(dòng)新線(xiàn)程，即它調用了線(xiàn)程的 run() 方法：

#!/usr/bin/python3

import threading
import time

exitFlag = 0

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 ("開(kāi)始線(xiàn)程：" + self.name)
  print_time(self.name, self.counter, 5)
  print ("退出線(xiàn)程：" + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):
 while counter:
  if exitFlag:
   threadName.exit()
  time.sleep(delay)
  print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
  counter -= 1

# 創(chuàng  )建新線(xiàn)程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 開(kāi)啟新線(xiàn)程
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print ("退出主線(xiàn)程")

以上程序執行結果如下；

開(kāi)始線(xiàn)程：Thread-1
開(kāi)始線(xiàn)程：Thread-2
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:46 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:47 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:47 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:48 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:49 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:49 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:46:50 2016
退出線(xiàn)程：Thread-1
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:51 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:53 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:46:55 2016
退出線(xiàn)程：Thread-2
退出主線(xiàn)程

線(xiàn)程同步

如果多個(gè)線(xiàn)程共同對某個(gè)數據修改，則可能出現不可預料的結果，為了保證數據的正確性，需要對多個(gè)線(xiàn)程進(jìn)行同步。
使用 Thread 對象的 Lock 和 Rlock 可以實(shí)現簡(jiǎn)單的線(xiàn)程同步，這兩個(gè)對象都有 acquire 方法和 release 方法，對于那些需要每次只允許一個(gè)線(xiàn)程操作的數據，可以將其操作放到 acquire 和 release 方法之間。如下：

多線(xiàn)程的優(yōu)勢在于可以同時(shí)運行多個(gè)任務(wù)（至少感覺(jué)起來(lái)是這樣）。但是當線(xiàn)程需要共享數據時(shí)，可能存在數據不同步的問(wèn)題。

考慮這樣一種情況：一個(gè)列表里所有元素都是0，線(xiàn)程"set"從后向前把所有元素改成1，而線(xiàn)程"print"負責從前往后讀取列表并打印。

那么，可能線(xiàn)程"set"開(kāi)始改的時(shí)候，線(xiàn)程"print"便來(lái)打印列表了，輸出就成了一半0一半1，這就是數據的不同步。為了避免這種情況，引入了鎖的概念。

鎖有兩種狀態(tài)——鎖定和未鎖定。每當一個(gè)線(xiàn)程比如"set"要訪(fǎng)問(wèn)共享數據時(shí)，必須先獲得鎖定；如果已經(jīng)有別的線(xiàn)程比如"print"獲得鎖定了，那么就讓線(xiàn)程"set"暫停，也就是同步阻塞；等到線(xiàn)程"print"訪(fǎng)問(wèn)完畢，釋放鎖以后，再讓線(xiàn)程"set"繼續。
經(jīng)過(guò)這樣的處理，打印列表時(shí)要么全部輸出0，要么全部輸出1，不會(huì )再出現一半0一半1的尷尬場(chǎng)面。

實(shí)例：

#!/usr/bin/python3

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 ("開(kāi)啟線(xiàn)程： " + self.name)
  # 獲取鎖，用于線(xiàn)程同步
  threadLock.acquire()
  print_time(self.name, self.counter, 3)
  # 釋放鎖，開(kāi)啟下一個(gè)線(xiàn)程
  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 = []

# 創(chuàng  )建新線(xiàn)程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 開(kāi)啟新線(xiàn)程
thread1.start()
thread2.start()

# 添加線(xiàn)程到線(xiàn)程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# 等待所有線(xiàn)程完成
for t in threads:
 t.join()
print ("退出主線(xiàn)程")

執行以上程序，輸出結果為：

開(kāi)啟線(xiàn)程： Thread-1
開(kāi)啟線(xiàn)程： Thread-2
Thread-1: Wed Apr 6 11:52:57 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:52:58 2016
Thread-1: Wed Apr 6 11:52:59 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:53:01 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:53:03 2016
Thread-2: Wed Apr 6 11:53:05 2016
退出主線(xiàn)程

線(xiàn)程優(yōu)先級隊列（ Queue）

Python 的 Queue 模塊中提供了同步的、線(xiàn)程安全的隊列類(lèi)，包括FIFO（先入先出)隊列Queue，LIFO（后入先出）隊列LifoQueue，和優(yōu)先級隊列 PriorityQueue。

這些隊列都實(shí)現了鎖原語(yǔ)，能夠在多線(xiàn)程中直接使用，可以使用隊列來(lái)實(shí)現線(xiàn)程間的同步。
Queue 模塊中的常用方法:
Queue.qsize() 返回隊列的大小
Queue.empty() 如果隊列為空，返回True,反之False
Queue.full() 如果隊列滿(mǎn)了，返回True,反之False
Queue.full 與 maxsize 大小對應
Queue.get([block[, timeout]])獲取隊列，timeout等待時(shí)間
Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)
Queue.put(item) 寫(xiě)入隊列，timeout等待時(shí)間
Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)
Queue.task_done() 在完成一項工作之后，Queue.task_done()函數向任務(wù)已經(jīng)完成的隊列發(fā)送一個(gè)信號
Queue.join() 實(shí)際上意味著(zhù)等到隊列為空，再執行別的操作

實(shí)例:

#!/usr/bin/python3

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 ("開(kāi)啟線(xiàn)程：" + self.name)
  process_data(self.name, self.q)
  print ("退出線(xiàn)程：" + 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

# 創(chuàng  )建新線(xiàn)程
for tName in threadList:
 thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
 thread.start()
 threads.append(thread)
 threadID += 1

# 填充隊列
queueLock.acquire()
for word in nameList:
 workQueue.put(word)
queueLock.release()

# 等待隊列清空
while not workQueue.empty():
 pass

# 通知線(xiàn)程是時(shí)候退出
exitFlag = 1

# 等待所有線(xiàn)程完成
for t in threads:
 t.join()
print ("退出主線(xiàn)程")

以上程序執行結果：

開(kāi)啟線(xiàn)程：Thread-1
開(kāi)啟線(xiàn)程：Thread-2
開(kāi)啟線(xiàn)程：Thread-3
Thread-3 processing One
Thread-1 processing Two
Thread-2 processing Three
Thread-3 processing Four
Thread-1 processing Five
退出線(xiàn)程：Thread-3
退出線(xiàn)程：Thread-2
退出線(xiàn)程：Thread-1
退出主線(xiàn)程