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:

#!/usr/bin/python

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

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。

thread 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:

#!/usr/bin/python

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:

#!/usr/bin/python

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”

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:

#!/usr/bin/python

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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