Python 多線程
多線程類似於同時執行多個不同程序,多線程運行有如下優點:
- 使用線程可以把佔據長時間的程序中的任務放到後台去處理。
- 用戶界面可以更加吸引人,這樣比如用戶點擊了一個按鈕去觸發某些事件的處理,可以彈出一個進度條來顯示處理的進度
- 程序的運行速度可能加快
- 在一些等待的任務實現上如用戶輸入、文件讀寫和網絡收發數據等,線程就比較有用了。 在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如內存佔用等等。
線程在執行過程中與進程還是有區別的。 每個獨立的線程有一個程序運行的入口、順序執行序列和程序的出口。 但是線程不能夠獨立執行,必須依存在應用程序中,由應用程序提供多個線程執行控制。
每個線程都有他自己的一組CPU寄存器,稱為線程的上下文,該上下文反映了線程上次運行該線程的CPU寄存器的狀態。
指令指針和堆棧指針寄存器是線程上下文中兩個最重要的寄存器,線程總是在進程得到上下文中運行的,這些地址都用於標誌擁有線程的進程地址空間中的內存。
- 線程可以被搶占(中斷)。
- 在其他線程正在運行時,線程可以暫時擱置(也稱為睡眠) -- 這就是線程的退讓。
開始學習Python線程
Python中使用線程有兩種方式:函數或者用類來包裝線程對象。
函數式:調用thread模塊中的start_new_thread()函數來產生新線程。 語法如下:
thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )
參數說明:
- function - 線程函數。
- args - 傳遞給線程函數的參數,他必須是個tuple類型。
- kwargs - 可選參數。
實例:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- import 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
執行以上程序輸出結果如下:
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
線程的結束一般依靠線程函數的自然結束;也可以在線程函數中調用thread.exit(),他拋出SystemExit exception,達到退出線程的目的。
線程模塊
Python通過兩個標準庫thread和threading提供對線程的支持。 thread提供了低級別的、原始的線程以及一個簡單的鎖。
thread 模塊提供的其他方法:
- threading.currentThread(): 返回當前的線程變量。
- threading.enumerate(): 返回一個包含正在運行的線程的list。 正在運行指線程啟動後、結束前,不包括啟動前和終止後的線程。
- threading.activeCount(): 返回正在運行的線程數量,與len(threading.enumerate())有相同的結果。
除了使用方法外,線程模塊同樣提供了Thread類來處理線程,Thread類提供了以下方法:
- run():用以表示線程活動的方法。
- start():啟動線程活動。
- join([time]):等待至線程中止。這阻塞調用線程直至線程的join() 方法被調用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時發生。
- isAlive():返迴線程是否活動的。
- getName():返迴線程名。
- setName():設置線程名。
使用Threading模塊創建線程
使用Threading模塊創建線程,直接從threading.Thread繼承,然後重寫__init__方法和run方法:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- import threading import time 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运行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"
以上程序執行結果如下;
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
線程同步
如果多個線程共同對某個數據修改,則可能出現不可預料的結果,為了保證數據的正確性,需要對多個線程進行同步。
使用Thread對象的Lock和Rlock可以實現簡單的線程同步,這兩個對像都有acquire方法和release方法,對於那些需要每次只允許一個線程操作的數據,可以將其操作放到acquire和release方法之間。 如下:
多線程的優勢在於可以同時運行多個任務(至少感覺起來是這樣)。 但是當線程需要共享數據時,可能存在數據不同步的問題。
考慮這樣一種情況:一個列表裡所有元素都是0,線程"set"從後向前把所有元素改成1,而線程"print"負責從前往後讀取列表並打印。
那麼,可能線程"set"開始改的時候,線程"print"便來打印列表了,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——鎖定和未鎖定。 每當一個線程比如"set"要訪問共享數據時,必須先獲得鎖定;如果已經有別的線程比如"print"獲得鎖定了,那麼就讓線程"set"暫停,也就是同步阻塞;等到線程" print"訪問完畢,釋放鎖以後,再讓線程"set"繼續。
經過這樣的處理,打印列表時要么全部輸出0,要么全部輸出1,不會再出現一半0一半1的尷尬場面。
實例:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- 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参数不填时将一直阻塞直到获得锁定 # 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() # 添加线程到线程列表 threads.append(thread1) threads.append(thread2) # 等待所有线程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread"
線程優先級隊列( Queue)
Python的Queue模塊中提供了同步的、線程安全的隊列類,包括FIFO(先入先出)隊列Queue,LIFO(後入先出)隊列LifoQueue,和優先級隊列PriorityQueue。 這些隊列都實現了鎖原語,能夠在多線程中直接使用。 可以使用隊列來實現線程間的同步。
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等待時間
- Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)
- Queue.put(item) 寫入隊列,timeout等待時間
- Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)
- Queue.task_done() 在完成一項工作之後,Queue.task_done()函數向任務已經完成的隊列發送一個信號
- Queue.join() 實際上意味著等到隊列為空,再執行別的操作
實例:
#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- 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 # 等待所有线程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread"
以上程序執行結果:
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