Python 多线程

灰太狼 2021-09-03 08:48 492阅读 0赞

> 使用多线程，减少运行时间

## 一： 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。

--------------------

## 二： 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：

### 2.1 实例 ###

#!/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** ("开始线程：" + self.name)
     print_time(self.name, self.counter, 5)
     **print** ("退出线程：" + 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
    
    \# 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()
    thread1.join()
    thread2.join()
    **print** ("退出主线程")

以上程序执行结果如下；

开始线程：Thread-1
    开始线程：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
    退出线程：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
    退出线程：Thread-2
    退出主线程

--------------------

## 三： 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。

### 3.1 实例 ###

#!/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** ("开启线程： " + self.name)
     \# 获取锁，用于线程同步
     threadLock.acquire()
     print_time(self.name, self.counter, 3)
     \# 释放锁，开启下一个线程
     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 = []
    
    \# 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** ("退出主线程")

执行以上程序，输出结果为：

开启线程： Thread-1
    开启线程： 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
    退出主线程

--------------------

## 四： 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

### 4.1 实例 ###

#!/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** ("开启线程：" + self.name)
     process_data(self.name, self.q)
     **print** ("退出线程：" + 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
    
    \# 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** ("退出主线程")

以上程序执行结果：

开启线程：Thread-1
    开启线程：Thread-2
    开启线程：Thread-3
    Thread-3 processing One
    Thread-1 processing Two
    Thread-2 processing Three
    Thread-3 processing Four
    Thread-1 processing Five
    退出线程：Thread-3
    退出线程：Thread-2
    退出线程：Thread-1
    退出主线程

## 五：总结 ##

在线程里，传递参数有三种方法：

1.  使用元组传递 threading.Thread(target=方法名，args=(参数1,参数2, …))

import time
    import threading
    
    def song(a,b,c):
     print(a, b, c)
     for i in range(5):
     print("song")
     time.sleep(1)
    if __name__ == "__main__":
     threading.Thread(target=song,args=(1,2,3)).start()

1.  使用字典传递 threading.Thread(target=方法名, kwargs=\{“参数名”: 参数1, “参数名”: 参数2, …\})

threading.Thread(target=song,kwargs={"a":1,"c":3,"b":2}).start() #参数顺序可以变

1.  混合使用元组和字典 threading.Thread(target=方法名，args=(参数1, 参数2, …), kwargs=\{“参数名”: 参数1,”参数名”: 参数2, …\})

threading.Thread(target=song,args=(1,),kwargs={"c":3,"b":2}).start()