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:
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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。
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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
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程式的執行速度可能加快
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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式還是有區別的。每個獨立的執行緒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,執行緒總是在程式得到上下文中執行的,這些地址都用於標誌擁有執行緒的程式地址空間中的記憶體。
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執行緒可以被搶佔(中斷)。
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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:
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function - 執行緒函式。
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args - 傳遞給執行緒函式的引數,他必須是個tuple型別。
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kwargs - 可選引數。
例項:
#!/usr/bin/python import thread import time # 為執行緒定義一個函式 def print_time( threadName, delay): count = 0 while count < 5: time.sleep(delay) count += 1 print "%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ) # 建立兩個執行緒 try: thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) ) thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) ) except: print "Error: unable to start thread" while 1: pass
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透過兩個標準庫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。
thread 模組提供的其他方法:
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threading.currentThread(): 返回當前的執行緒變數。
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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。
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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:
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run(): 用以表示執行緒活動的方法。
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start():啟動執行緒活動。
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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。
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isAlive(): 返回執行緒是否活動的。
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getName(): 返回執行緒名。
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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:
#!/usr/bin/python import threading import time exitFlag = 0 class myThread (threading.Thread): #繼承父類threading.Thread def __init__(self, threadID, name, counter): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.counter = counter def run(self): #把要執行的程式碼寫到run函式里面 執行緒在建立後會直接執行run函式 print "Starting " + self.name print_time(self.name, self.counter, 5) print "Exiting " + self.name def print_time(threadName, delay, counter): while counter: if exitFlag: thread.exit() time.sleep(delay) print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 # 建立新執行緒 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 開啟執行緒 thread1.start() thread2.start() print "Exiting Main Thread"
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:
#!/usr/bin/python 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 "Starting " + self.name # 獲得鎖,成功獲得鎖定後返回True # 可選的timeout引數不填時將一直阻塞直到獲得鎖定 # 否則超時後將返回False threadLock.acquire() print_time(self.name, self.counter, 3) # 釋放鎖 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 = [] # 建立新執行緒 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 開啟新執行緒 thread1.start() thread2.start() # 新增執行緒到執行緒列表 threads.append(thread1) threads.append(thread2) # 等待所有執行緒完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread"
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:
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Queue.qsize() 返回佇列的大小
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Queue.empty() 如果佇列為空,返回True,反之False
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Queue.full() 如果佇列滿了,返回True,反之False
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Queue.full 與 maxsize 大小對應
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Queue.get([block[, timeout]])獲取佇列,timeout等待時間
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Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)
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Queue.put(item) 寫入佇列,timeout等待時間
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Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)
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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
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Queue.join() 實際上意味著等到佇列為空,再執行別的操作
例項:
#!/usr/bin/python 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 "Starting " + self.name process_data(self.name, self.q) print "Exiting " + 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 # 建立新執行緒 for tName in threadList: thread = myThread(threadID, tName, workQueue) thread.start() threads.append(thread) threadID += 1 # 填充佇列 queueLock.acquire() for word in nameList: workQueue.put(word) queueLock.release() # 等待佇列清空 while not workQueue.empty(): pass # 通知執行緒是時候退出 exitFlag = 1 # 等待所有執行緒完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread"
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
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