为了方便大家理解下面的知识，可以先看一篇文章：http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html
线程
1.什么是线程？
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
2.python GIL全局解释器锁（仅需了解）
无论你启多少个线程，你有多少个cpu, Python在执行的时候会淡定的在同一时刻只允许一个线程运行
首先需要明确的一点是GIL并不是Python的特性，它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比C++是一套语言（语法）标准，但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。有名的编译器例如GCC，INTEL C++，Visual C++等。Python也一样，同样一段代码可以通过CPython，PyPy，Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python，也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点：GIL并不是Python的特性，Python完全可以不依赖于GIL
这篇文章透彻的剖析了GIL对python多线程的影响，强烈推荐看一下：http://www.dabeaz.com/python/UnderstandingGIL.pdf
3.python threading模块
threading模块建立在_thread 模块之上。thread模块以低级、原始的方式来处理和控制线程，而threading 模块通过对thread 进行二次封装，提供了更方便的 api来处理线程。
线程有两种调用方式，如下：
1）直接调用
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import threading
import time
def sayhi(num): #定义每个线程要运行的函数
print("running on number:%s" %num)
time.sleep(3)
if __name__ == ‘__main__‘:
t1 = threading.Thread(target=sayhi,args=(1,)) #生成一个线程实例
t2 = threading.Thread(target=sayhi,args=(2,)) #生成另一个线程实例
t1.start() #启动线程
t2.start() #启动另一个线程
print(t1.getName()) #获取线程名
print(t2.getName())
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2）继承调用
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import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,num):
threading.Thread.__init__(self)
self.num = num
def run(self):#定义每个线程要运行的函数
print("running on number:%s" %self.num)
time.sleep(3)
if __name__ == ‘__main__‘:
t1 = MyThread(1)
t2 = MyThread(2)
t1.start()
t2.start()
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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。
4.Join & Daemon
join 等待线程执行完后，其他线程再继续执行
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import threading,time
def run(n,sleep_time):
print("test...",n)
time.sleep(sleep_time)
print("test...done", n)
if __name__ == ‘__main__‘:
t1 = threading.Thread(target=run,args=("t1",2))
t2 = threading.Thread(target=run,args=("t2",3))
# 两个同时执行，然后等待t1执行完成后，主线程和子线程再开始执行
t1.start()
t2.start()
t1.join() # 等待t1
print("main thread")
# 程序输出
# test... t1
# test... t2
# test...done t1
# main thread
# test...done t2
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Daemon 守护进程
t.setDaemon() 设置为后台线程或前台线程（默认：False）;通过一个布尔值设置线程是否为守护线程，必须在执行start()方法之后才可以使用。如果是后台线程，主线程执行过程中，后台线程也在进行，主线程执行完毕后，后台线程不论成功与否，均停止；如果是前台线程，主线程执行过程中，前台线程也在进行，主线程执行完毕后，等待前台线程也执行完成后，程序停止
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import threading,time
def run(n):
print(‘[%s]------running----\n‘ % n)
time.sleep(2)
print(‘--done--‘)
def main():
for i in range(5):
t = threading.Thread(target=run, args=[i, ])
t.start()
t.join(1)
print(‘starting thread‘, t.getName())
m = threading.Thread(target=main, args=[])
m.setDaemon(True) # 将main线程设置为Daemon线程,它做为程序主线程的守护线程,当主线程退出时,
# m线程也会退出,由m启动的其它子线程会同时退出,不管是否执行完任务
m.start()
m.join(timeout=2)
print("---main thread done----")
# 程序输出
# [0]------running----
# starting thread Thread-2
# [1]------running----
# --done--
# ---main thread done----
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5.线程锁（互斥锁Mutex）
我们使用线程对数据进行操作的时候，如果多个线程同时修改某个数据，可能会出现不可预料的结果，为了保证数据的准确性，引入了锁的概念。
例：假设列表A的所有元素就为0，当一个线程从前向后打印列表的所有元素，另外一个线程则从后向前修改列表的元素为1,那么输出的时候，列表的元素就会一部分为0，一部分为1,这就导致了数据的不一致。锁的出现解决了这个问题。
不加锁：
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import time
import threading
def addNum():
global num # 在每个线程中都获取这个全局变量
print(‘--get num:‘, num)
time.sleep(1)
num -= 1 # 对此公共变量进行-1操作
num = 100 # 设定一个共享变量
thread_list = []
for i in range(100):
t = threading.Thread(target=addNum)
t.start()
thread_list.append(t)
for t in thread_list: # 等待所有线程执行完毕
t.join()
print(‘final num:‘, num)
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加锁：
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import time
import threading
def addNum():
global num # 在每个线程中都获取这个全局变量
print(‘--get num:‘, num)
time.sleep(1)
lock.acquire() # 修改数据前加锁
num -= 1 # 对此公共变量进行-1操作
lock.release() # 修改后释放
num = 100 # 设定一个共享变量
thread_list = []
lock = threading.Lock() # 生成全局锁
for i in range(100):
t = threading.Thread(target=addNum)
t.start()
thread_list.append(t)
for t in thread_list: # 等待所有线程执行完毕
t.join()
print(‘final num:‘, num)
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GIL VS LOCK
机智的同学可能会问到这个问题，就是既然你之前说过了，Python已经有一个GIL来保证同一时间只能有一个线程来执行了，为什么这里还需要lock? 注意啦，这里的lock是用户级的lock,跟那个GIL没关系 ，具体我们通过下图来看一下+配合我现场讲给大家，就明白了。
6.递归锁
说白了就是在一个大锁中还要再包含子锁
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import threading, time
def run1():
print("grab the first part data")
lock.acquire()
global num
num += 1
lock.release()
return num
def run2():
print("grab the second part data")
lock.acquire()
global num2
num2 += 1
lock.release()
return num2
def run3():
lock.acquire()
res = run1()
print(‘--------between run1 and run2-----‘)
res2 = run2()
lock.release()
print(res, res2)
if __name__ == ‘__main__‘:
num, num2 = 0, 0
lock = threading.RLock()
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=run3)
t.start()
while threading.active_count() != 1:
print(threading.active_count())
else:
print(‘----all threads done---‘)
print(num, num2)
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threading.RLock和threading.Lock 的区别：
RLock允许在同一线程中被多次acquire。而Lock却不允许这种情况。 如果使用RLock，那么acquire和release必须成对出现，即调用了n次acquire，必须调用n次的release才能真正释放所占用的琐。
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import threading
lock = threading.Lock() #Lock对象
lock.acquire()
lock.acquire() #产生了死琐。
lock.release()
lock.release()
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import threading
rLock = threading.RLock() #RLock对象
rLock.acquire()
rLock.acquire() #在同一线程内，程序不会堵塞。
rLock.release()
rLock.release()
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7.信号量
互斥锁同时只允许一个线程更改数据，而Semaphore是同时允许一定数量的线程更改数据，比如厕所有3个坑，那最多只允许3个人上厕所，后面的人只能等里面有人出来了才能再进去。
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import threading,time
def run(n):
semaphore.acquire()
time.sleep(1)
print("run the thread: %s\n" %n)
semaphore.release()
if __name__ == ‘__main__‘:
num= 0
semaphore = threading.BoundedSemaphore(5) #最多允许5个线程同时运行
for i in range(20):
t = threading.Thread(target=run,args=(i,))
t.start()
while threading.active_count() != 1:
pass #print threading.active_count()
else:
print(‘----all threads done---‘)
print(num)
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8.event
Event是线程间通信最间的机制之一：一个线程发送一个event信号，其他的线程则等待这个信号。用于主线程控制其他线程的执行。 Events 管理一个flag，这个flag可以使用set()设置成True或者使用clear()重置为False，wait()则用于阻塞，在flag为True之前。flag默认为False。
- Event.wait([timeout]) ：堵塞线程，直到Event对象内部标识位被设为True或超时（如果提供了参数timeout）。
- Event.set() ：将标识位设为Ture
- Event.clear() ：将标识伴设为False。
- Event.isSet() ：判断标识位是否为Ture。
当线程执行的时候，如果flag为False，则线程会阻塞，当flag为True的时候，线程不会阻塞。它提供了本地和远程的并发性。
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import threading,time
import random
def light():
if not event.isSet():
event.set() #wait就不阻塞 #绿灯状态
count = 0
while True:
if count < 10:
print(‘\033[42;1m--green light on---\033[0m‘)
elif count <13:
print(‘\033[43;1m--yellow light on---\033[0m‘)
elif count <20:
if event.isSet():
event.clear()
print(‘\033[41;1m--red light on---\033[0m‘)
else:
count = 0
event.set() #打开绿灯
time.sleep(1)
count +=1
def car(n):
while 1:
time.sleep(random.randrange(10))
if event.isSet(): #绿灯
print("car [%s] is running.." % n)
else:
print("car [%s] is waiting for the red light.." %n)
if __name__ == ‘__main__‘:
event = threading.Event()
Light = threading.Thread(target=light)
Light.start()
for i in range(3):
t = threading.Thread(target=car,args=(i,))
t.start()
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9.队列
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。
先入先出：
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#先入先出
import queue
q = queue.Queue()
for i in range(5):
q.put(i)
while not q.empty():
print(q.get())
#输出结果
#0
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后入先出：
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#后入先出
import queue
q = queue.LifoQueue()
for i in range(5):
q.put(i)
while not q.empty():
print(q.get())
#输出结果
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#3
#2
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#0
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优先级队列：
10.生产者消费者模型
进程
线程和进程的区别
时间： 2024-08-14 19:11:41
