Python全栈开发：线程、进程和协程

Python线程

Threading用于提供线程相关的操作，线程是应用程序中工作的最小单元。

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

import threading

import time

def show(arg):

time.sleep(1)

print 'thread'+str(arg)

for i in range(10):

t = threading.Thread(target=show, args=(i,))

t.start()

print 'main thread stop'

上述代码创建了10个“前台”线程，然后控制器就交给了CPU，CPU根据指定算法进行调度，分片执行指令。

更多方法：

start 线程准备就绪，等待CPU调度
setName 为线程设置名称
getName 获取线程名称
setDaemon 设置为后台线程或前台线程（默认）
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
join 逐个执行每个线程，执行完毕后继续往下执行，该方法使得多线程变得无意义
run 线程被cpu调度后自动执行线程对象的run方法

# 自定义线程类

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()

线程锁（Lock、RLock）

由于线程之间是进行随机调度，并且每个线程可能只执行n条执行之后，当多个线程同时修改同一条数据时可能会出现脏数据，所以，出现了线程锁 - 同一时刻允许一个线程执行操作。

# 未使用线程锁

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

import threading

import time

gl_num = 0

def show(arg):

    global gl_num

    time.sleep(1)

    gl_num +=1

    print gl_num

for i in range(10):

    t = threading.Thread(target=show, args=(i,))

    t.start()

print 'main thread stop'

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8

import threading

import time

gl_num = 0

lock = threading.RLock()

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()

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()

事件（event）

python线程的事件用于主线程控制其他线程的执行，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”，如果“Flag”值为 False，那么当程序执行 event.wait 方法时就会阻塞，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

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

import threading

def do(event):

print 'start'

event.wait()

print 'execute'

event_obj = threading.Event()

for i in range(10):

t = threading.Thread(target=do, args=(event_obj,))

t.start()

event_obj.clear()

inp = raw_input('input:')

if inp == 'true':

event_obj.set()

条件（Condition）

使得线程等待，只有满足某条件时，才释放n个线程

import threading

def run(n):

con.acquire()

con.wait()

print("run the thread: %s" %n)

con.release()

if __name__ == '__main__':

con = threading.Condition()

for i in range(10):

t = threading.Thread(target=run, args=(i,))

t.start()

while True:

inp = input('>>>')

if inp == 'q':

break

con.acquire()

con.notify(int(inp))

con.release()

def condition_func():

    ret = False

    inp = input('>>>')

    if inp == '1':

        ret = True

    return ret

def run(n):

    con.acquire()

    con.wait_for(condition_func)

    print("run the thread: %s" %n)

    con.release()

if __name__ == '__main__':

    con = threading.Condition()

    for i in range(10):

        t = threading.Thread(target=run, args=(i,))

        t.start()

Timer

定时器，指定n秒后执行某操作

from threading import Timer

def hello():

print("hello, world")

t = Timer(1, hello)

t.start() # after 1 seconds, "hello, world" will be printed

Python 进程

from multiprocessing import Process

import threading

import time

def foo(i):

print 'say hi',i

for i in range(10):

p = Process(target=foo,args=(i,))

p.start()

注意：由于进程之间的数据需要各自持有一份，所以创建进程需要的非常大的开销。

进程数据共享

进程各自持有一份数据，默认无法共享数据

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8

from multiprocessing import Process

from multiprocessing import Manager

import time

li = []

def foo(i):

    li.append(i)

    print 'say hi',li

for i in range(10):

    p = Process(target=foo,args=(i,))

    p.start()

print 'ending',li

进程间默认无法数据共享

#方法一，Array

from multiprocessing import Process,Array

temp = Array('i', [11,22,33,44])

def Foo(i):

temp[i] = 100+i

for item in temp:

print i,'----->',item

for i in range(2):

p = Process(target=Foo,args=(i,))

p.start()

#方法二：manage.dict()共享数据

from multiprocessing import Process,Manager

manage = Manager()

dic = manage.dict()

def Foo(i):

dic[i] = 100+i

print dic.values()

for i in range(2):

p = Process(target=Foo,args=(i,))

p.start()

p.join()

'c': ctypes.c_char,  'u': ctypes.c_wchar,

    'b': ctypes.c_byte,  'B': ctypes.c_ubyte,

    'h': ctypes.c_short, 'H': ctypes.c_ushort,

    'i': ctypes.c_int,   'I': ctypes.c_uint,

    'l': ctypes.c_long,  'L': ctypes.c_ulong,

    'f': ctypes.c_float, 'd': ctypes.c_double

类型对应表

from multiprocessing import Process, Queue

def f(i,q):

    print(i,q.get())

if __name__ == '__main__':

    q = Queue()

    q.put("h1")

    q.put("h2")

    q.put("h3")

    for i in range(10):

        p = Process(target=f, args=(i,q,))

        p.start()

Code

当创建进程时（非使用时），共享数据会被拿到子进程中，当进程中执行完毕后，再赋值给原值。

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

from multiprocessing import Process, Array, RLock

def Foo(lock,temp,i):

    """

    将第0个数加100

    """

    lock.acquire()

    temp[0] = 100+i

    for item in temp:

        print i,'----->',item

    lock.release()

lock = RLock()

temp = Array('i', [11, 22, 33, 44])

for i in range(20):

    p = Process(target=Foo,args=(lock,temp,i,))

    p.start()

进程锁实例

进程池

进程池内部维护一个进程序列，当使用时，则去进程池中获取一个进程，如果进程池序列中没有可供使用的进进程，那么程序就会等待，直到进程池中有可用进程为止。

进程池中有两个方法：

apply
apply_async

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

from multiprocessing import Process,Pool

import time

def Foo(i):

time.sleep(2)

return i+100

def Bar(arg):

print arg

pool = Pool(5)

#print pool.apply(Foo,(1,))

#print pool.apply_async(func =Foo, args=(1,)).get()

for i in range(10):

pool.apply_async(func=Foo, args=(i,),callback=Bar)

print 'end'

pool.close()

pool.join()#进程池中进程执行完毕后再关闭，如果注释，那么程序直接关闭。

协程

线程和进程的操作是由程序触发系统接口，最后的执行者是系统；协程的操作则是程序员。

协程存在的意义：对于多线程应用，CPU通过切片的方式来切换线程间的执行，线程切换时需要耗时（保存状态，下次继续）。协程，则只使用一个线程，在一个线程中规定某个代码块执行顺序。

协程的适用场景：当程序中存在大量不需要CPU的操作时（IO），适用于协程；

greenlet

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

from greenlet import greenlet

def test1():

print 12

gr2.switch()

print 34

gr2.switch()

def test2():

print 56

gr1.switch()

print 78

gr1 = greenlet(test1)

gr2 = greenlet(test2)

gr1.switch()

gevent

import gevent

def foo():

print('Running in foo')

gevent.sleep(0)

print('Explicit context switch to foo again')

def bar():

print('Explicit context to bar')

gevent.sleep(0)

print('Implicit context switch back to bar')

gevent.joinall([

gevent.spawn(foo),

gevent.spawn(bar),

])

遇到IO操作自动切换：

from gevent import monkey; monkey.patch_all()

import gevent

import urllib2

def f(url):

    print('GET: %s' % url)

    resp = urllib2.urlopen(url)

    data = resp.read()

    print('%d bytes received from %s.' % (len(data), url))

gevent.joinall([

        gevent.spawn(f, 'https://www.python.org/'),

        gevent.spawn(f, 'https://www.yahoo.com/'),

        gevent.spawn(f, 'https://github.com/'),

])

from gevent import monkey; monkey.patch_all()

import gevent

import urllib2

def f(url):

    print('GET: %s' % url)

    resp = urllib2.urlopen(url)

    data = resp.read()

    print('%d bytes received from %s.' % (len(data), url))

gevent.joinall([

        gevent.spawn(f, 'https://www.python.org/'),

        gevent.spawn(f, 'https://www.yahoo.com/'),

        gevent.spawn(f, 'https://github.com/'),

])