Python：线程

Python中创建线程有两种方式：函数或者用类来创建线程对象。

• 函数式：调用 _thread 模块中的start_new_thread()函数来产生新线程。
• 类：创建threading.Thread的子类来包装一个线程对象。

一.函数式：调用thread模块中的start_new_thread()函数来产生新线程

thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )

• 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

例：通过thread来创建新线程

import thread,time

def timer(name,delay):
    count = 0
    while count < 5:
        time.sleep(delay)
        count +=1
        print "%s:%s" %(name,time.ctime())

#创建两个线程
thread.start_new_thread(timer,('Thread-1',2,))   #timer表示执行timer函数，后面元组内表示timer函数的两个参数
thread.start_new_thread(timer,('Thread-2',4,))
while 1:
    pass

输出结果：

Thread-1:Tue Oct 18 16:05:23 2016
Thread-1:Tue Oct 18 16:05:25 2016
Thread-2:Tue Oct 18 16:05:25 2016
Thread-1:Tue Oct 18 16:05:27 2016
Thread-1:Tue Oct 18 16:05:29 2016
Thread-2:Tue Oct 18 16:05:29 2016
Thread-1:Tue Oct 18 16:05:31 2016
Thread-2:Tue Oct 18 16:05:33 2016
Thread-2:Tue Oct 18 16:05:37 2016
Thread-2:Tue Oct 18 16:05:41 2016

二.类：创建threading.Thread的子类来包装一个线程对象

例1，通过threading来创建新线程：

import threading,time

def show(arg):
    time.sleep(2)
    print 'thread' + str(arg)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=show,args=(i,))  #target=show执行show函数，后面args表示show函数中传入的参数
    t.start()

运行结果：

Main thread stop.
Tue Oct 18 11:44:41 2016
thread0
thread2
thread4
thread3
thread1
thread8
thread6
thread5
thread7
thread9

 

例2：单线程

from time import ctime,sleep
def Music(music):
    for i in range(2):
        print ('I am listening to the music now...%s' %ctime())
        sleep(2)

def Movie(movie):
    for i in range(2):
        print('I am watching movie now...%s' %ctime())
        sleep(5)

if __name__ == '__main__':
    Music('Goodbye')
    Movie('Who Am I')
    print ('Main Process is over...%s' %ctime())

输出结果：

I am listening to the music now...Mon Dec 12 14:53:24 2016
I am listening to the music now...Mon Dec 12 14:53:26 2016
I am watching movie now...Mon Dec 12 14:53:28 2016
I am watching movie now...Mon Dec 12 14:53:33 2016
Main Process is over...Mon Dec 12 14:53:38 2016

例3：多线程

import threading
import time

def Music(music):
    for i in range(2):
        print('I am listening to the <%s> now...%s' %(music,time.ctime()))
        time.sleep(2)

def Movie(movie):
    for i in range(2):
        print('I am watching <%s> now...%s' %(movie,time.ctime()))
        time.sleep(5)

t1 = threading.Thread(target=Music,args=('I Will',))
t2 = threading.Thread(target=Movie,args=('The Walking Dead',))

if __name__ == '__main__':
    #t1.daemon = True   #如果为True，说明该线程为守护线程，也就表明这个线程不重要，在主线程退出的时候不用等待这个线程
    #t2.daemon = True
    #如果想等待子线程执行完之后，主线程才退出，就不需要设置daemon属性（daemon属性默认就为False）
    t1.start()
    t2.start()
    #t1.join()    #停止主线程，直到执行完子线程t1后才执行主线程
    #t2.join()    #停止主线程，直到执行完子线程t2后才执行主线程
    print('all is over...%s' %time.ctime())

输出结果：

I am listening to the <I Will> now...Mon Dec 12 14:41:48 2016   #与另外一条子线程同时运行的，注意时间！
I am watching <The Walking Dead> now...Mon Dec 12 14:41:48 2016
all is over...Mon Dec 12 14:41:48 2016
I am listening to the <I Will> now...Mon Dec 12 14:41:50 2016
I am watching <The Walking Dead> now...Mon Dec 12 14:41:53 2016

上面例题中如果启用t1.join和t2.join结果如下：

I am listening to the <I Will> now...Mon Dec 12 14:42:56 2016
I am watching <The Walking Dead> now...Mon Dec 12 14:42:56 2016
I am listening to the <I Will> now...Mon Dec 12 14:42:58 2016
I am watching <The Walking Dead> now...Mon Dec 12 14:43:01 2016
all is over...Mon Dec 12 14:43:06 2016    #等待子线程运行结束后才执行主线程

Threading模块中所有对象：

1，Thread

• start() #开始线程的执行
• run() #定义线程的功能的函数（一般会被子类重写）
• join(timeout=None) #程序挂起，直到该线程执行结束（如果设置了timeout，最多阻塞timeout秒）
• getName() #返回线程名字
• setName(name) #设置线程名字
• isAlive() #查看该线程是否还在运行
• isDaemon(False) #设置守护进程（True）或非守护线程（默认为False），如果设置为守护线程（True）表示该线程不重要，主线程无需等待该线程结束才退出。

2，Lock（Rlock）：只允许一个线程更改数据。提供acquire方法（获取锁）和release方法（释放锁）

• RLock和Lock 的区别：RLock允许在同一线程中被多次acquire和release。RLock中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。而Lock不一样，同一线程只能使用一次acquire和release方法。

3，condition

4，Event

5，Semaphore（BoundedSemaphore）：同时允许一定数量的线程更改数据，信号量也提供acquire方法和release方法。

6，其他函数：

activeCount() #返回当前活动线程的数量
currentThread() #返回当前线程
enumerate() #返回当前活动线程的列表
settrace(func) #为所有线程设置一个跟踪函数
setprofile() #为所有线程设置一个profile函数

多线程实现同步的方法：

1.线程锁：在同一个进程中的资源，所有线程都是共享的。线程之间是进行随机调度，如果不同线程同时对数据进行修改，就会产生问题。为了保证数据的准确性，引入了锁的概念。也就是在同一时刻只允许一个线程操作该数据。

锁有两种状态：锁定和未锁定

每当一个线程1要访问共享数据时，必须先获得锁定；如果已经有别的线程2获得锁定了，那么就让线程1暂停，也就是同步阻塞；等到线程2访问完毕，释放锁以后，再让线程1继续。

使用锁方法：

lock = threading.Lock()   #创建锁
lock.acquire([timeout])   #锁定
lock.release()   #释放 

例1：未使用锁之前：（注意同一时间点，num值的变化）

import threading
import time

num = 0

def fun(arg):
    global num
    time.sleep(1)
    num += 1
    print(num,'-->','%s'%time.ctime())

for item in range(5):  #开启5个子线程
    t = threading.Thread(target=fun,args=(item,))
    t.start()

print('Main threading stop !')

输出结果：

Main threading stop !
1 --> Mon Dec 12 15:51:03 2016
2 --> Mon Dec 12 15:51:03 2016
3 --> Mon Dec 12 15:51:03 2016   #同一时间点输出的num都不一样
4 --> Mon Dec 12 15:51:03 2016
5 --> Mon Dec 12 15:51:03 2016

例2：使用锁之后：

import threading
import time

num = 0
lock = threading.Lock()    #创建锁

def fun(arg):
    lock.acquire()   #获取锁
    global num
    time.sleep(1)
    num += 1
    print(num,'-->','%s'%time.ctime())
    lock.release()   #释放锁

for item in range(5):  #开启5个子线程
    t = threading.Thread(target=fun,args=(item,))
    t.start()

print('Main threading stop !')

输出结果：

Main threading stop !
1 --> Mon Dec 12 15:56:34 2016
2 --> Mon Dec 12 15:56:35 2016
3 --> Mon Dec 12 15:56:36 2016    #注意：同一时间点num值不变
4 --> Mon Dec 12 15:56:37 2016
5 --> Mon Dec 12 15:56:38 2016

2，信号量Semaphore

例：

import threading
import time

se = threading.Semaphore(5)  #同时允许5个线程修改数据

def fun(n):
    se.acquire()
    time.sleep(1)
    print('thread:%s -->%s'%(n,time.ctime()))
    se.release()

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        t = threading.Thread(target=fun,args=(i,))
        t.start()

输出结果：

thread:0 -->Mon Dec 12 16:36:12 2016
thread:1 -->Mon Dec 12 16:36:12 2016
thread:3 -->Mon Dec 12 16:36:12 2016
thread:2 -->Mon Dec 12 16:36:12 2016
thread:4 -->Mon Dec 12 16:36:12 2016   #同一时间点，允许5个线程同时修改值
thread:6 -->Mon Dec 12 16:36:13 2016
thread:8 -->Mon Dec 12 16:36:13 2016
thread:5 -->Mon Dec 12 16:36:13 2016
thread:9 -->Mon Dec 12 16:36:13 2016
thread:7 -->Mon Dec 12 16:36:13 2016

3，时间event：通用的条件变量，多个线程可以等待某个事件发生后，所有线程都被激活。事件主要提供了三个方法 set、wait、clear。

事件处理的机制：

全局定义了一个“Flag”：
(1)如果“Flag”值为 False，那么当程序执行 event.wait 方法时就会阻塞
(2)如果“Flag”值为True，那么event.wait 方法时便不再阻塞

clear：将“Flag”设置为False
set：将“Flag”设置为True

import threading

eve = threading.Event()

def fun(e):
    print('start...')
    e.wait()
    print('execute...')

for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=fun,args=(eve,))
    t.start()

eve.clear()
usr_input = input('Enter the flag:')
if usr_input =='':
    eve.set()

输出结果：

start...
start...
start...
start...
start...
Enter the flag:1
execute...
execute...
execute...
execute...
execute...

4，条件Condition：使线程进入等待状态，当满足某个条件时，才释放线程。

notify()方法会唤醒一个在等待conditon变量的线程；notify_all() 则会唤醒所有在等待conditon变量的线程

例如生产者模型：

import threading
import time
c = threading.Condition()

def fun(n):
    c.acquire()
    c.wait()
    print('current threading:%s ---> %s' %(n,time.ctime()))
    time.sleep(1)
    c.release()

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        t = threading.Thread(target=fun,args=(i,))
        t.start()

    while True:
        usr_input = input('Enter:')
        if usr_input == 'q':
            break

        c.acquire()
        c.notify(int(usr_input))
        c.release()

输出结果：

Enter:3
current threading:1 ---> Mon Dec 12 17:14:40 2016
current threading:2 ---> Mon Dec 12 17:14:41 2016
current threading:0 ---> Mon Dec 12 17:14:39 2016
current threading:0 ---> Mon Dec 12 17:14:39 2016
Enter:5
current threading:4 ---> Mon Dec 12 17:14:47 2016
current threading:6 ---> Mon Dec 12 17:14:48 2016
current threading:3 ---> Mon Dec 12 17:14:49 2016
current threading:5 ---> Mon Dec 12 17:14:50 2016
current threading:7 ---> Mon Dec 12 17:14:51 2016
Enter:3
current threading:9 ---> Mon Dec 12 17:14:59 2016
current threading:8 ---> Mon Dec 12 17:15:00 2016
Enter:q

Process finished with exit code 0

5.定时器：指定n秒后执行某操作

import threading
import time

print('Time:%s'%time.ctime())
def Print():
    print('hello,python...%s'%time.ctime())

t = threading.Timer(2,Print)   #2秒后执行Print函数
t.start()

输出结果：

Time:Mon Dec 12 17:24:50 2016
hello,python...Mon Dec 12 17:24:52 2016  #2秒后执行

同步队列Queue：

• Queue模块提供了同步队列和线程安全。包括FIFO队列、LIFO队列以及优先级队列。可以使用队列来实现线程间的同步。

　　　　FIFO：（默认为FIFO）

• Queue模块可以用来进行线程间通讯，让各个线程之间共享数据。
• Queue解决了生产者，消费者的问题。

Queue模块常用方法：

import queue  #导入queue模块
q = queue.Queue(maxsize=0)   #构造一个FIFO队列。maxsize指定队列的长度。为0时，表示队列长度无限制。

q.put(item='n',block=1,timeout=None)   #在队尾插入一个item（必选项）。如果当前队列为空，且block为1（默认值）时，put()方法就使
#线程暂停，一直阻塞到队列中有空间为止；如果block为0，put()方法会引发Full异常。

q.get(block=1,timeout=None)   #从队首删除并返回一个项目。当block为1（默认值）时，get()方法使线程暂停，直到有项目可用。如果队列为空，且block为0时，队列将引发empty异常。

q.put_nowait(item='n')   #相当于q.put(item,False)
q.get_nowait()   #相当于q.get(False)
q.join()  #等到队列为空时，在执行别的操作
q.qsize()  #返回队列的大小
q.empty()  #当队列为空时，返回True，否则返回False
q.full()  #当队列满时，返回True，否则返回False
q.task_done()   #在完成一项工作之后，它向任务已完成的队列发送一个信号

例：

from threading import Thread
from queue import Queue
import time

class Producer(Thread):   #定义生产者类
    def __init__(self,name,queue):
        self.Name = name
        self.Queue = queue
        super(Producer,self).__init__()   #执行父类的构造函数

    def run(self):     #生产者具体工作内容
        while True:
            if self.Queue.full():
                time.sleep(1)
            else:
                self.Queue.put('产品')
                time.sleep(1)
                print ('%s生产一个产品' %(self.Name,))

                #Thread.run(self)

class Consumer(Thread):   #定义消费者类
    def __init__(self,name,queue):
        self.Name = name
        self.Queue = queue
        super(Consumer, self).__init__()   #执行父类的构造函数
    def run(self):
        while True:
            if self.Queue.empty():
                time.sleep(1)
            else:
                self.Queue.get('产品')
                time.sleep(1)
                print ('%s消费了一个产品' %(self.Name,))
                #Thread.run(self)

que = Queue(maxsize=100)   #定义容器

person1 = Producer('P1',que)   #创建生产者P1
person1.start()
person2 = Producer('P2',que)   #创建生产者P2
person2.start()
person3 = Producer('P3',que)   #创建生产者P3
person3.start()

for num in range(20):   #创建消费者20人:C1,C2...C20
    name = 'C1%d' %(num,)
    item = Consumer(name,que)
    item.start()