Python 多執行緒
多執行緒類似於同時執行多個不同程式,多執行緒執行有如下優點:
- 使用執行緒可以把佔據長時間的程式中的任務放到後臺去處理。
- 使用者介面可以更加吸引人,這樣比如使用者點選了一個按鈕去觸發某些事件的處理,可以彈出一個進度條來顯示處理的進度
- 程式的執行速度可能加快
- 在一些等待的任務實現上如使用者輸入、檔案讀寫和網路收發資料等,執行緒就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如記憶體佔用等等。
執行緒在執行過程中與程序還是有區別的。每個獨立的程序有一個程式執行的入口、順序執行序列和程式的出口。但是執行緒不能夠獨立執行,必須依存在應用程式中,由應用程式提供多個執行緒執行控制。
每個執行緒都有他自己的一組CPU暫存器,稱為執行緒的上下文,該上下文反映了執行緒上次執行該執行緒的CPU暫存器的狀態。
指令指標和堆疊指標暫存器是執行緒上下文中兩個最重要的暫存器,執行緒總是在程序得到上下文中執行的,這些地址都用於標志擁有執行緒的程序地址空間中的記憶體。
- 執行緒可以被搶佔(中斷)。
- 在其他執行緒正在執行時,執行緒可以暫時擱置(也稱為睡眠) -- 這就是執行緒的退讓。
開始學習Python執行緒
Python中使用執行緒有兩種方式:函式或者用類來包裝執行緒物件。
函式式:呼叫thread模組中的start_new_thread()函式來產生新執行緒。語法如下:
thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )
引數說明:
- function - 執行緒函式。
- args - 傳遞給執行緒函式的引數,他必須是個tuple型別。
- kwargs - 可選引數。
例項(Python 2.0+)
執行以上程式輸出結果如下:
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:17 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:21 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:25 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:27 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:31 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:35 2009
執行緒的結束一般依靠執行緒函式的自然結束;也可以線上程函式中呼叫thread.exit(),他丟擲SystemExit exception,達到退出執行緒的目的。
執行緒模組
Python通過兩個標準庫thread和threading提供對執行緒的支援。thread提供了低階別的、原始的執行緒以及一個簡單的鎖。
threading 模組提供的其他方法:
- threading.currentThread(): 返回當前的執行緒變數。
- threading.enumerate(): 返回一個包含正在執行的執行緒的list。正在執行指執行緒啟動後、結束前,不包括啟動前和終止後的執行緒。
- threading.activeCount(): 返回正在執行的執行緒數量,與len(threading.enumerate())有相同的結果。
除了使用方法外,執行緒模組同樣提供了Thread類來處理執行緒,Thread類提供了以下方法:
- run(): 用以表示執行緒活動的方法。
- start():啟動執行緒活動。
- join([time]): 等待至執行緒中止。這阻塞呼叫執行緒直至執行緒的join() 方法被呼叫中止-正常退出或者丟擲未處理的異常-或者是可選的超時發生。
- isAlive(): 返回執行緒是否活動的。
- getName(): 返回執行緒名。
- setName(): 設定執行緒名。
使用Threading模組建立執行緒
使用Threading模組建立執行緒,直接從threading.Thread繼承,然後重寫__init__方法和run方法:
例項(Python 2.0+)
以上程式執行結果如下;
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Exiting Main Thread Thread-1: Thu Mar 21 09:10:03 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:05 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:07 2013 Exiting Thread-1 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:08 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:10 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:12 2013 Exiting Thread-2
執行緒同步
如果多個執行緒共同對某個資料修改,則可能出現不可預料的結果,為了保證資料的正確性,需要對多個執行緒進行同步。
使用Thread物件的Lock和Rlock可以實現簡單的執行緒同步,這兩個物件都有acquire方法和release方法,對於那些需要每次只允許一個執行緒操作的資料,可以將其操作放到acquire和release方法之間。如下:
多執行緒的優勢在於可以同時執行多個任務(至少感覺起來是這樣)。但是當執行緒需要共享資料時,可能存在資料不同步的問題。
考慮這樣一種情況:一個列表裡所有元素都是0,執行緒"set"從後向前把所有元素改成1,而執行緒"print"負責從前往後讀取列表並列印。
那麼,可能執行緒"set"開始改的時候,執行緒"print"便來列印列表了,輸出就成了一半0一半1,這就是資料的不同步。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。每當一個執行緒比如"set"要訪問共享資料時,必須先獲得鎖定;如果已經有別的執行緒比如"print"獲得鎖定了,那麼就讓執行緒"set"暫停,也就是同步阻塞;等到執行緒"print"訪問完畢,釋放鎖以後,再讓執行緒"set"繼續。
經過這樣的處理,列印列表時要麼全部輸出0,要麼全部輸出1,不會再出現一半0一半1的尷尬場面。
例項(Python 2.0+)
執行緒優先順序佇列( Queue)
Python的Queue模組中提供了同步的、執行緒安全的佇列類,包括FIFO(先入先出)佇列Queue,LIFO(後入先出)佇列LifoQueue,和優先順序佇列PriorityQueue。這些佇列都實現了鎖原語,能夠在多執行緒中直接使用。可以使用佇列來實現執行緒間的同步。
Queue模組中的常用方法:
- Queue.qsize() 返回佇列的大小
- Queue.empty() 如果佇列為空,返回True,反之False
- Queue.full() 如果佇列滿了,返回True,反之False
- Queue.full 與 maxsize 大小對應
- Queue.get([block[, timeout]])獲取佇列,timeout等待時間
- Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)
- Queue.put(item) 寫入佇列,timeout等待時間
- Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)
- Queue.task_done() 在完成一項工作之後,Queue.task_done()函式向任務已經完成的佇列傳送一個訊號
- Queue.join() 實際上意味著等到佇列為空,再執行別的操作
例項(Python 2.0+)
以上程式執行結果:
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Starting Thread-3 Thread-1 processing One Thread-2 processing Two Thread-3 processing Three Thread-1 processing Four Thread-2 processing Five Exiting Thread-3 Exiting Thread-1 Exiting Thread-2 Exiting Main Thread