什么叫Python3 多線程?如何學多線程?教你一招

Python3 線程中常用的兩個模塊為:

_thread

threading(推薦使用)

thread 模塊已被廢棄。用戶可以使用 threading 模塊代替。所以,在 Python3 中不能再使用"thread" 模塊。為了兼容性,Python3 將 thread 重命名為 "_thread"。

開始學習 Python 線程

Python 中使用線程有兩種方式:函數或者用類來包裝線程對象。

函數式:調用 _thread 模塊中的 start_new_thread() 函數來產生新線程。語法如下:

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

參數說明:

function - 線程函數。

args - 傳遞給線程函數的參數,他必須是個 tuple 類型。

kwargs - 可選參數。

實例:

#!/usr/bin/python3

import _thread

import time

# 為線程定義一個函數

def print_time( threadName, delay):

? count = 0

? while count < 5:

? ? ? time.sleep(delay)

? ? ? count += 1

? ? ? print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))

# 創建兩個線程

try:

? _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )

? _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )

except:

? print ("Error: 無法啟動線程")

while 1:

? pass

執行以上程序輸出結果如下:

Thread-1: Wed Apr? 6 11:36:31 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:36:33 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:36:33 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:36:35 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:36:37 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:36:37 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:36:39 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:36:41 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:36:45 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:36:49 2016

執行以上程后可以按下 ctrl-c to 退出。

線程模塊

Python3 通過兩個標準庫 _thread 和 threading 提供對線程的支持。

_thread 提供了低級別的、原始的線程以及一個簡單的鎖,它相比于 threading 模塊的功能還是比較有限的。

threading 模塊除了包含 _thread 模塊中的所有方法外,還提供的其他方法:

threading.currentThread(): 返回當前的線程變量。

threading.enumerate(): 返回一個包含正在運行的線程的list。正在運行指線程啟動后、結束前,不包括啟動前和終止后的線程。

threading.activeCount(): 返回正在運行的線程數量,與 len(threading.enumerate()) 有相同的結果。

使用 threading 模塊創建線程

我們可以通過直接從 threading.Thread 繼承創建一個新的子類,并實例化后調用 start() 方法啟動新線程,即它調用了線程的 run() 方法:

#!/usr/bin/python3

import threading

import time

exitFlag = 0

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 ("開始線程:" + self.name)

? ? ? ? print_time(self.name, self.counter, 5)

? ? ? ? print ("退出線程:" + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):

? ? while counter:

? ? ? ? if exitFlag:

? ? ? ? ? ? threadName.exit()

? ? ? ? time.sleep(delay)

? ? ? ? print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))

? ? ? ? counter -= 1

# 創建新線程

thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)

thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 開啟新線程

thread1.start()

thread2.start()

thread1.join()

thread2.join()

print ("退出主線程")

以上程序執行結果如下;

開始線程:Thread-1

開始線程:Thread-2

Thread-1: Wed Apr? 6 11:46:46 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:46:47 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:46:47 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:46:48 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:46:49 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:46:49 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:46:50 2016

退出線程:Thread-1

Thread-2: Wed Apr? 6 11:46:51 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:46:53 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:46:55 2016

退出線程:Thread-2

退出主線程

線程同步

使用 Thread 對象的 Lock 和 Rlock 可以實現簡單的線程同步,這兩個對象都有 acquire 方法和 release 方法,對于那些需要每次只允許一個線程操作的數據,可以將其操作放到 acquire 和 release 方法之間。如下:

多線程的優勢在于可以同時運行多個任務(至少感覺起來是這樣)。但是當線程需要共享數據時,可能存在數據不同步的問題。

考慮這樣一種情況:一個列表里所有元素都是 0,線程"set"從后向前把所有元素改成 1,而線程"print"負責從前往后讀取列表并打印。

那么,可能線程"set"開始改的時候,線程"print"便來打印列表了,輸出就成了一半 0 一半 1,這就是數據的不同步。為了避免這種情況,引入了鎖的概念。

鎖有兩種狀態——鎖定和未鎖定。每當一個線程比如"set"要訪問共享數據時,必須先獲得鎖定;如果已經有別的線程比如"print"獲得鎖定了,那么就讓線程"set"暫停,也就是同步阻塞;等到線程"print"訪問完畢,釋放鎖以后,再讓線程"set"繼續。

經過這樣的處理,打印列表時要么全部輸出 0,要么全部輸出 1,不會再出現一半 0 一半 1 的尷尬場面。

實例:

#!/usr/bin/python3

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 ("開啟線程: " + self.name)

? ? ? ? # 獲取鎖,用于線程同步

? ? ? ? threadLock.acquire()

? ? ? ? print_time(self.name, self.counter, 3)

? ? ? ? # 釋放鎖,開啟下一個線程

? ? ? ? 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 = []

# 創建新線程

thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)

thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 開啟新線程

thread1.start()

thread2.start()

# 添加線程到線程列表

threads.append(thread1)

threads.append(thread2)

# 等待所有線程完成

for t in threads:

? ? t.join()

print ("退出主線程")

執行以上程序,輸出結果為:

開啟線程: Thread-1

開啟線程: Thread-2

Thread-1: Wed Apr? 6 11:52:57 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:52:58 2016

Thread-1: Wed Apr? 6 11:52:59 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:53:01 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:53:03 2016

Thread-2: Wed Apr? 6 11:53:05 2016

退出主線程

線程優先級隊列( Queue)

Python 的 Queue 模塊中提供了同步的、線程安全的隊列類,包括 FIFO(先入先出)隊列 Queue,LIFO(后入先出)隊列 LifoQueue,和優先級隊列 PriorityQueue。

這些隊列都實現了鎖原語,能夠在多線程中直接使用,可以使用隊列來實現線程間的同步。

Queue 模塊中的常用方法:

Queue.qsize() 返回隊列的大小

Queue.empty() 如果隊列為空,返回 True,反之 False

Queue.full() 如果隊列滿了,返回 True,反之 False

Queue.full 與 maxsize 大小對應

Queue.get([block[, timeout]]) 獲取隊列,timeout 等待時間

Queue.get_nowait() 相當 Queue.get(False)

Queue.put(item) 寫入隊列,timeout 等待時間

實例:

#!/usr/bin/python3

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 ("開啟線程:" + self.name)

? ? ? ? process_data(self.name, self.q)

? ? ? ? print ("退出線程:" + 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

# 創建新線程

for tName in threadList:

? ? thread = myThread(threadID, tName, workQueue)

? ? thread.start()

? ? threads.append(thread)

? ? threadID += 1

# 填充隊列

queueLock.acquire()

for word in nameList:

? ? workQueue.put(word)

queueLock.release()

# 等待隊列清空

while not workQueue.empty():

? ? pass

# 通知線程是時候退出

exitFlag = 1

# 等待所有線程完成

for t in threads:

? ? t.join()

print ("退出主線程")

以上程序執行結果:

開啟線程:Thread-1

開啟線程:Thread-2

開啟線程:Thread-3

Thread-3 processing One

Thread-1 processing Two

Thread-2 processing Three

Thread-3 processing Four

Thread-1 processing Five

退出線程:Thread-3

退出線程:Thread-2

退出線程:Thread-1

退出主線程

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