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。

threading模块提供的类:  
  Thread, Lock, Rlock, Condition, [Bounded]Semaphore, Event, Timer, local。

threading 模块提供的常用方法: 
  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。

threading 模块提供的常量:

  threading.TIMEOUT_MAX 设置threading全局超时时间。

Thread是线程类,有两种使用方法,直接传入要运行的方法或从Thread继承并覆盖run():

 # coding:utf-8
import threading
import time
#方法一:将要执行的方法作为参数传给Thread的构造方法
def action(arg):
time.sleep(1)
print('the arg is:%s\r' %arg) for i in range(4):
t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
t.start() print('main thread end!') #方法二:从Thread继承,并重写run()
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,arg):
super(MyThread, self).__init__()#注意:一定要显式的调用父类的初始化函数。
self.arg=arg
def run(self):#定义每个线程要运行的函数
time.sleep(1)
print 'the arg is:%s\r' % self.arg for i in range(4):
t =MyThread(i)
t.start() print('main thread end!')

构造方法: 
Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={}) 

  group: 线程组,目前还没有实现,库引用中提示必须是None; 
  target: 要执行的方法;

name: 线程名; 
  args/kwargs: 要传入方法的参数。

实例方法: 
  isAlive(): 返回线程是否在运行。正在运行指启动后、终止前。 
  get/setName(name): 获取/设置线程名。

  start():  线程准备就绪,等待CPU调度
  is/setDaemon(bool): 获取/设置是后台线程(默认前台线程(False))。(在start之前设置)

    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,主线程和后台线程均停止
         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
  start(): 启动线程。 
  join([timeout]): 阻塞当前上下文环境的线程,直到调用此方法的线程终止或到达指定的timeout(可选参数)。

使用例子一(未设置setDeamon):

 # coding:utf-8
import threading
import time def action(arg):
time.sleep(1)
print('sub thread start!the thread name is:%s\r' % threading.currentThread().getName())
print('the arg is:%s\r' %arg)
time.sleep(1) for i in range(4):
t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
t.start() print('main_thread end!')

运行结果

 main_thread end!
sub thread start!the thread name is:Thread-2
the arg is:1
the arg is:0
sub thread start!the thread name is:Thread-4
the arg is:2
the arg is:3
Process finished with exit code 0
可以看出,创建的4个“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

验证了serDeamon(False)(默认)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,主线程停止。

使用例子二(setDeamon=True)

 # coding:utf-8
import threading
import time def action(arg):
time.sleep(1)
print('sub thread start!the thread name is:%s\r' % threading.currentThread().getName())
print('the arg is:%s\r' %arg)
time.sleep(1) for i in range(4):
t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
t.setDaemon(True)#设置线程为后台线程
t.start() print('main_thread end!')

运行结果

 main_thread end!

 Process finished with exit code 0

 可以看出,主线程执行完毕后,后台线程不管是成功与否,主线程均停止

验证了serDeamon(True)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,主线程均停止。

使用例子三(设置join)

 #coding:utf-8
import threading
import time def action(arg):
time.sleep(1)
print('sub thread start!the thread name is:%s ' % threading.currentThread().getName())
print('the arg is:%s ' %arg)
time.sleep(1) thread_list = [] #线程存放列表
for i in range(4):
t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
t.setDaemon(True)
thread_list.append(t) for t in thread_list:
t.start() for t in thread_list:
t.join()

运行结果

 sub thread start!the thread name is:Thread-2
the arg is:1
sub thread start!the thread name is:Thread-3
the arg is:2
sub thread start!the thread name is:Thread-1
the arg is:0
sub thread start!the thread name is:Thread-4
the arg is:3
main_thread end! Process finished with exit code 0 设置join之后,主线程等待子线程全部执行完成后或者子线程超时后,主线程才结束

验证了 join()阻塞当前上下文环境的线程,直到调用此方法的线程终止或到达指定的timeout,即使设置了setDeamon(True)主线程依然要等待子线程结束。

使用例子四(join不妥当的用法,使多线程编程顺序执行)

 #coding:utf-8
import threading
import time def action(arg):
time.sleep(1)
print('sub thread start!the thread name is:%s ' % threading.currentThread().getName())
print('the arg is:%s ' %arg)
time.sleep(1) for i in range(4):
t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
t.setDaemon(True)
t.start()
t.join() print('main_thread end!')

运行结果

 sub thread start!the thread name is:Thread-1
the arg is:0
sub thread start!the thread name is:Thread-2
the arg is:1
sub thread start!the thread name is:Thread-3
the arg is:2
sub thread start!the thread name is:Thread-4
the arg is:3
main_thread end! Process finished with exit code 0
可以看出此时,程序只能顺序执行,每个线程都被上一个线程的join阻塞,使得“多线程”失去了多线程意义。

Lock、Rlock类

  由于线程之间随机调度:某线程可能在执行n条后,CPU接着执行其他线程。为了多个线程同时操作一个内存中的资源时不产生混乱,我们使用锁。

Lock(指令锁)是可用的最低级的同步指令。Lock处于锁定状态时,不被特定的线程拥有。Lock包含两种状态——锁定和非锁定,以及两个基本的方法。

可以认为Lock有一个锁定池,当线程请求锁定时,将线程至于池中,直到获得锁定后出池。池中的线程处于状态图中的同步阻塞状态。

RLock(可重入锁)是一个可以被同一个线程请求多次的同步指令。RLock使用了“拥有的线程”和“递归等级”的概念,处于锁定状态时,RLock被某个线程拥有。拥有RLock的线程可以再次调用acquire(),释放锁时需要调用release()相同次数。

可以认为RLock包含一个锁定池和一个初始值为0的计数器,每次成功调用 acquire()/release(),计数器将+1/-1,为0时锁处于未锁定状态。

简言之:Lock属于全局,Rlock属于线程。

构造方法: 
Lock(),Rlock(),推荐使用Rlock()

实例方法: 
  acquire([timeout]): 尝试获得锁定。使线程进入同步阻塞状态。 
  release(): 释放锁。使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。

例子一(未使用锁)

 #coding:utf-8
import threading
import time gl_num = 0 def show():
global gl_num
time.sleep(1)
gl_num +=1
print gl_num for i in range(10):
t = threading.Thread(target=show)
t.start() print('main thread stop') 运行结果
main thread stop
12 3
4
568
9 910 Process finished with exit code 0 多次运行可能产生混乱。这种场景就是适合使用锁的场景。

例子二(使用锁):

 # coding:utf-8

 import threading
import time gl_num = 0 lock = threading.RLock() # 调用acquire([timeout])时,线程将一直阻塞,
# 直到获得锁定或者直到timeout秒后(timeout参数可选)。
# 返回是否获得锁。
def Func():
lock.acquire()
global gl_num
gl_num += 1
time.sleep(1)
print gl_num
lock.release() for i in range(10):
t = threading.Thread(target=Func)
t.start() 运行结果 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 Process finished with exit code 0
可以看出,全局变量在在每次被调用时都要获得锁,才能操作,因此保证了共享数据的安全性

Lock对比Rlock

 #coding:utf-8

 import threading
lock = threading.Lock() #Lock对象
lock.acquire()
lock.acquire() #产生了死锁。
lock.release()
lock.release()
print(lock.acquire()) 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()

Condition类

  Condition(条件变量)通常与一个锁关联。需要在多个Contidion中共享一个锁时,可以传递一个Lock/RLock实例给构造方法,否则它将自己生成一个RLock实例。

  可以认为,除了Lock带有的锁定池外,Condition还包含一个等待池,池中的线程处于等待阻塞状态,直到另一个线程调用notify()/notifyAll()通知;得到通知后线程进入锁定池等待锁定。

构造方法: 
Condition([lock/rlock])

实例方法: 
  acquire([timeout])/release(): 调用关联的锁的相应方法。 
  wait([timeout]): 调用这个方法将使线程进入Condition的等待池等待通知,并释放锁。使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。 
  notify(): 调用这个方法将从等待池挑选一个线程并通知,收到通知的线程将自动调用acquire()尝试获得锁定(进入锁定池);其他线程仍然在等待池中。调用这个方法不会释放锁定。使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。 
  notifyAll(): 调用这个方法将通知等待池中所有的线程,这些线程都将进入锁定池尝试获得锁定。调用这个方法不会释放锁定。使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。

例子:生产者消费者模型

 import threading
from threading import Thread
import time
import random def worker_func():
print('worker thread started in %s' % (threading.current_thread()))
random.seed()
time.sleep(random.random())
print('worker thread finished in %s' % (threading.current_thread())) def simple_thread_demo(tn=5):
for i in range(tn):
t = Thread(target=worker_func)
t.start() gLock = threading.Lock()
gRLock = threading.RLock()
gSemaphore = threading.Semaphore(3)
gPool = 1000
gCondition = threading.Condition() def worker_func_lock(lock):
lock.acquire()
worker_func()
lock.release() def thread_lock_demo(tn=5):
for i in range(tn):
t = Thread(target=worker_func_lock, args=[gSemaphore])
t.start() class Consumer(Thread):
def run(self):
print('%s started' % threading.current_thread())
while True:
global gPool
global gCondition gCondition.acquire()
random.seed()
c = random.randint(500, 1000)
print('%s: Trying to consume %d. Left %d' % (threading.current_thread(), c, gPool))
while gPool < c:
gCondition.wait()
gPool -= c
time.sleep(random.random())
print('%s: Consumed %d. Left %d' % (threading.current_thread(), c, gPool))
gCondition.release() class Producer(Thread):
def run(self):
print('%s started' % threading.current_thread())
while True:
global gPool
global gCondition gCondition.acquire()
random.seed()
p = random.randint(100, 200)
gPool += p
print('%s: Produced %d. Left %d' % (threading.current_thread(), p, gPool))
time.sleep(random.random())
gCondition.notify_all()
gCondition.release() def consumer_producer_demo():
for i in range(1):
Consumer().start() for i in range(1):
Producer().start() if __name__ == '__main__':
# simple_thread_demo()
# thread_lock_demo()
consumer_producer_demo()

信号量(Semaphore)

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。

 import threading,time

 def run(n):
semaphore.acquire()
time.sleep(1)
print("run the thread: %s" %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()

Event类

  Event(事件)是最简单的线程通信机制之一:一个线程通知事件,其他线程等待事件。Event内置了一个初始为False的标志,当调用set()时设为True,调用clear()时重置为 False。wait()将阻塞线程至等待阻塞状态。

  Event其实就是一个简化版的 Condition。Event没有锁,无法使线程进入同步阻塞状态。

构造方法: 
Event()

实例方法: 
  isSet(): 当内置标志为True时返回True。 
  set(): 将标志设为True,并通知所有处于等待阻塞状态的线程恢复运行状态。 
  clear(): 将标志设为False。 
  wait([timeout]): 如果标志为True将立即返回,否则阻塞线程至等待阻塞状态,等待其他线程调用set()。

 # encoding: utf-8
import threading
import time event = threading.Event() def func():
# 等待事件,进入等待阻塞状态
print('%s wait for event...' % threading.currentThread().getName())
event.wait() # 收到事件后进入运行状态
print('%s recv event.' % threading.currentThread().getName()) t1 = threading.Thread(target=func)
t2 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t2.start() time.sleep(2) # 发送事件通知
print('MainThread set event.')
event.set()
 运行结果
Thread-1 wait for event...
Thread-2 wait for event... #2秒后。。。
MainThread set event.
Thread-1 recv event.
Thread-2 recv event.

timer类

  Timer(定时器)是Thread的派生类,用于在指定时间后调用一个方法。

构造方法: 
Timer(interval, function, args=[], kwargs={}) 
  interval: 指定的时间 
  function: 要执行的方法 
  args/kwargs: 方法的参数

实例方法: 
Timer从Thread派生,没有增加实例方法。

 # encoding: utf-8
import threading def func():
print('hello timer!') timer = threading.Timer(5, func)
timer.start()

线程延迟5秒后执行.

local类

  local是一个小写字母开头的类,用于管理 thread-local(线程局部的)数据。对于同一个local,线程无法访问其他线程设置的属性;线程设置的属性不会被其他线程设置的同名属性替换。

  可以把local看成是一个“线程-属性字典”的字典,local封装了从自身使用线程作为 key检索对应的属性字典、再使用属性名作为key检索属性值的细节。

 # encoding: utf-8
import threading local = threading.local()
local.tname = 'main' def func():
local.tname = 'notmain'
print(local.tname) t1 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t1.join() print(local.tname) 运行结果
notmain
main

参考文章链接:

  http://www.cnblogs.com/huxi/archive/2010/06/26/1765808.html

  http://www.cnblogs.com/wupeiqi/articles/5040827.html

  

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