python--threading多線程總結

threading用於提供線程相關的操做，線程是應用程序中工做的最小單元。python當前版本的多線程庫沒有實現優先級、線程組，線程也不能被中止、暫停、恢復、中斷。

threading模塊提供的類：  
　　Thread, Lock, Rlock, Condition, [Bounded]Semaphore, Event, Timer, local。

threading 模塊提供的經常使用方法： 
　　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。正在運行指線程啓動後、結束前，不包括啓動前和終止後的線程。 
　　threading.activeCount(): 返回正在運行的線程數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。

threading 模塊提供的常量：

　　threading.TIMEOUT_MAX 設置threading全局超時時間。

 

Thread類

 

Thread是線程類，有兩種使用方法，直接傳入要運行的方法或從Thread繼承並覆蓋run()：


複製代碼
# coding:utf-8
import threading
import time
#方法一：將要執行的方法做爲參數傳給Thread的構造方法
def action(arg):
    time.sleep(1)
    print 'the arg is:%s\r' %arg

for i in xrange(4):
    t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
    t.start()

print 'main thread end!'

#方法二：從Thread繼承，並重寫run()
class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self,arg):
        super(MyThread, self).__init__()#注意：必定要顯式的調用父類的初始化函數。
        self.arg=arg
    def run(self):#定義每一個線程要運行的函數
        time.sleep(1)
        print 'the arg is:%s\r' % self.arg

for i in xrange(4):
    t =MyThread(i)
    t.start()

print 'main thread end!'
複製代碼
 

構造方法： 
Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={}) 

　　group: 線程組，目前尚未實現，庫引用中提示必須是None； 
　　target: 要執行的方法； 
　　name: 線程名； 
　　args/kwargs: 要傳入方法的參數。

實例方法： 
　　isAlive(): 返回線程是否在運行。正在運行指啓動後、終止前。 
　　get/setName(name): 獲取/設置線程名。 

　　start():  線程準備就緒，等待CPU調度
　　is/setDaemon(bool): 獲取/設置是後臺線程（默認前臺線程（False））。（在start以前設置）

　　　　若是是後臺線程，主線程執行過程當中，後臺線程也在進行，主線程執行完畢後，後臺線程不論成功與否，主線程和後臺線程均中止
       　　若是是前臺線程，主線程執行過程當中，前臺線程也在進行，主線程執行完畢後，等待前臺線程也執行完成後，程序中止
　　start(): 啓動線程。 
　　join([timeout]): 阻塞當前上下文環境的線程，直到調用此方法的線程終止或到達指定的timeout（可選參數）。

 

使用例子一(未設置setDeamon)： 

 


複製代碼
# coding:utf-8
import threading
import time

def action(arg):
    time.sleep(1)
    print  'sub thread start!the thread name is:%s\r' % threading.currentThread().getName()
    print 'the arg is:%s\r' %arg
    time.sleep(1)

for i in xrange(4):
    t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
    t.start()

print 'main_thread end!'
複製代碼
 


複製代碼
main_thread end!
sub thread start!the thread name is:Thread-2
the arg is:1
the arg is:0
sub thread start!the thread name is:Thread-4
the arg is:2
the arg is:3
Process finished with exit code 0
能夠看出，建立的4個「前臺」線程，主線程執行過程當中，前臺線程也在進行，主線程執行完畢後，等待前臺線程也執行完成後，程序中止
複製代碼
驗證了serDeamon(False)(默認)前臺線程，主線程執行過程當中，前臺線程也在進行，主線程執行完畢後，等待前臺線程也執行完成後，主線程中止。

 

使用例子二（setDeamon=True）


複製代碼
# coding:utf-8
import threading
import time

def action(arg):
    time.sleep(1)
    print  'sub thread start!the thread name is:%s\r' % threading.currentThread().getName()
    print 'the arg is:%s\r' %arg
    time.sleep(1)

for i in xrange(4):
    t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
    t.setDaemon(True)#設置線程爲後臺線程
    t.start()

print 'main_thread end!'
複製代碼

main_thread end!

Process finished with exit code 0

能夠看出，主線程執行完畢後，後臺線程無論是成功與否，主線程均中止
驗證了serDeamon(True)後臺線程，主線程執行過程當中，後臺線程也在進行，主線程執行完畢後，後臺線程不論成功與否，主線程均中止。

 

使用例子三（設置join）


複製代碼
#coding:utf-8
import threading
import time

def action(arg):
    time.sleep(1)
    print  'sub thread start!the thread name is:%s    ' % threading.currentThread().getName()
    print 'the arg is:%s   ' %arg
    time.sleep(1)

thread_list = []    #線程存放列表
for i in xrange(4):
    t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
    t.setDaemon(True)
    thread_list.append(t)

for t in thread_list:
    t.start()

for t in thread_list:
    t.join()
複製代碼

複製代碼
sub thread start!the thread name is:Thread-2    
the arg is:1   
sub thread start!the thread name is:Thread-3    
the arg is:2   
sub thread start!the thread name is:Thread-1    
the arg is:0   
sub thread start!the thread name is:Thread-4    
the arg is:3   
main_thread end!

Process finished with exit code 0

設置join以後，主線程等待子線程所有執行完成後或者子線程超時後，主線程才結束
複製代碼
驗證了 join()阻塞當前上下文環境的線程，直到調用此方法的線程終止或到達指定的timeout，即便設置了setDeamon（True）主線程依然要等待子線程結束。

使用例子四（join不穩當的用法，使多線程編程順序執行）


複製代碼
#coding:utf-8
import threading
import time

def action(arg):
    time.sleep(1)
    print  'sub thread start!the thread name is:%s    ' % threading.currentThread().getName()
    print 'the arg is:%s   ' %arg
    time.sleep(1)


for i in xrange(4):
    t =threading.Thread(target=action,args=(i,))
    t.setDaemon(True)
    t.start()
    t.join()

print 'main_thread end!'
複製代碼

複製代碼
sub thread start!the thread name is:Thread-1    
the arg is:0   
sub thread start!the thread name is:Thread-2    
the arg is:1   
sub thread start!the thread name is:Thread-3    
the arg is:2   
sub thread start!the thread name is:Thread-4    
the arg is:3   
main_thread end!

Process finished with exit code 0
能夠看出此時，程序只能順序執行，每一個線程都被上一個線程的join阻塞，使得「多線程」失去了多線程意義。
複製代碼
 

 

Lock、Rlock類

 

　　因爲線程之間隨機調度：某線程可能在執行n條後，CPU接着執行其餘線程。爲了多個線程同時操做一個內存中的資源時不產生混亂，咱們使用鎖。

Lock（指令鎖）是可用的最低級的同步指令。Lock處於鎖定狀態時，不被特定的線程擁有。Lock包含兩種狀態——鎖定和非鎖定，以及兩個基本的方法。

能夠認爲Lock有一個鎖定池，當線程請求鎖定時，將線程至於池中，直到得到鎖定後出池。池中的線程處於狀態圖中的同步阻塞狀態。

RLock（可重入鎖）是一個能夠被同一個線程請求屢次的同步指令。RLock使用了「擁有的線程」和「遞歸等級」的概念，處於鎖定狀態時，RLock被某個線程擁有。擁有RLock的線程能夠再次調用acquire()，釋放鎖時須要調用release()相同次數。

能夠認爲RLock包含一個鎖定池和一個初始值爲0的計數器，每次成功調用 acquire()/release()，計數器將+1/-1，爲0時鎖處於未鎖定狀態。

簡言之：Lock屬於全局，Rlock屬於線程。

構造方法： 
Lock()，Rlock（）,推薦使用Rlock()

實例方法： 
　　acquire([timeout]): 嘗試得到鎖定。使線程進入同步阻塞狀態。 
　　release(): 釋放鎖。使用前線程必須已得到鎖定，不然將拋出異常。

例子一（未使用鎖）：


複製代碼
#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'
複製代碼

複製代碼
main thread stop
12

 3
4
568
 9

910


Process finished with exit code 0

屢次運行可能產生混亂。這種場景就是適合使用鎖的場景。
複製代碼
 

例子二（使用鎖）:


複製代碼
# coding:utf-8

import threading
import time

gl_num = 0

lock = threading.RLock()


# 調用acquire([timeout])時，線程將一直阻塞，
# 直到得到鎖定或者直到timeout秒後（timeout參數可選）。
# 返回是否得到鎖。
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()
複製代碼

複製代碼
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Process finished with exit code 0
能夠看出，全局變量在在每次被調用時都要得到鎖，才能操做，所以保證了共享數據的安全性
複製代碼
 

Lock對比Rlock

#coding:utf-8
 
import threading
lock = threading.Lock() #Lock對象
lock.acquire()
lock.acquire()  #產生了死鎖。
lock.release()
lock.release()
print lock.acquire()
 
 
import threading
rLock = threading.RLock()  #RLock對象
rLock.acquire()
rLock.acquire() #在同一線程內，程序不會堵塞。
rLock.release()
rLock.release()
 

Condition類

 

　　Condition（條件變量）一般與一個鎖關聯。須要在多個Contidion中共享一個鎖時，能夠傳遞一個Lock/RLock實例給構造方法，不然它將本身生成一個RLock實例。

　　能夠認爲，除了Lock帶有的鎖定池外，Condition還包含一個等待池，池中的線程處於等待阻塞狀態，直到另外一個線程調用notify()/notifyAll()通知；獲得通知後線程進入鎖定池等待鎖定。

構造方法： 
Condition([lock/rlock])

實例方法： 
　　acquire([timeout])/release(): 調用關聯的鎖的相應方法。 
　　wait([timeout]): 調用這個方法將使線程進入Condition的等待池等待通知，並釋放鎖。使用前線程必須已得到鎖定，不然將拋出異常。 
　　notify(): 調用這個方法將從等待池挑選一個線程並通知，收到通知的線程將自動調用acquire()嘗試得到鎖定（進入鎖定池）；其餘線程仍然在等待池中。調用這個方法不會釋放鎖定。使用前線程必須已得到鎖定，不然將拋出異常。 
　　notifyAll(): 調用這個方法將通知等待池中全部的線程，這些線程都將進入鎖定池嘗試得到鎖定。調用這個方法不會釋放鎖定。使用前線程必須已得到鎖定，不然將拋出異常。

 

例子一：生產者消費者模型


複製代碼
# encoding: UTF-8
import threading
import time

# 商品
product = None
# 條件變量
con = threading.Condition()


# 生產者方法
def produce():
    global product

    if con.acquire():
        while True:
            if product is None:
                print 'produce...'
                product = 'anything'

                # 通知消費者，商品已經生產
                con.notify()

            # 等待通知
            con.wait()
            time.sleep(2)


# 消費者方法
def consume():
    global product

    if con.acquire():
        while True:
            if product is not None:
                print 'consume...'
                product = None

                # 通知生產者，商品已經沒了
                con.notify()

            # 等待通知
            con.wait()
            time.sleep(2)


t1 = threading.Thread(target=produce)
t2 = threading.Thread(target=consume)
t2.start()
t1.start()
複製代碼

複製代碼
produce...
consume...
produce...
consume...
produce...
consume...
produce...
consume...
produce...
consume...

Process finished with exit code -1
程序不斷循環運行下去。重複生產消費過程。
複製代碼
例子二：生產者消費者模型


複製代碼
import threading
import time

condition = threading.Condition()
products = 0

class Producer(threading.Thread):
    def run(self):
        global products
        while True:
            if condition.acquire():
                if products < 10:
                    products += 1;
                    print "Producer(%s):deliver one, now products:%s" %(self.name, products)
                    condition.notify()#不釋放鎖定，所以須要下面一句
                    condition.release()
                else:
                    print "Producer(%s):already 10, stop deliver, now products:%s" %(self.name, products)
                    condition.wait();#自動釋放鎖定
                time.sleep(2)

class Consumer(threading.Thread):
    def run(self):
        global products
        while True:
            if condition.acquire():
                if products > 1:
                    products -= 1
                    print "Consumer(%s):consume one, now products:%s" %(self.name, products)
                    condition.notify()
                    condition.release()
                else:
                    print "Consumer(%s):only 1, stop consume, products:%s" %(self.name, products)
                    condition.wait();
                time.sleep(2)

if __name__ == "__main__":
    for p in range(0, 2):
        p = Producer()
        p.start()

    for c in range(0, 3):
        c = Consumer()
        c.start()
複製代碼
例子三：


複製代碼
import threading
 
alist = None
condition = threading.Condition()
 
def doSet():
    if condition.acquire():
        while alist is None:
            condition.wait()
        for i in range(len(alist))[::-1]:
            alist[i] = 1
        condition.release()
 
def doPrint():
    if condition.acquire():
        while alist is None:
            condition.wait()
        for i in alist:
            print i,
        print
        condition.release()
 
def doCreate():
    global alist
    if condition.acquire():
        if alist is None:
            alist = [0 for i in range(10)]
            condition.notifyAll()
        condition.release()
 
tset = threading.Thread(target=doSet,name='tset')
tprint = threading.Thread(target=doPrint,name='tprint')
tcreate = threading.Thread(target=doCreate,name='tcreate')
tset.start()
tprint.start()
tcreate.start()
複製代碼
 

Event類

 

　　Event（事件）是最簡單的線程通訊機制之一：一個線程通知事件，其餘線程等待事件。Event內置了一個初始爲False的標誌，當調用set()時設爲True，調用clear()時重置爲 False。wait()將阻塞線程至等待阻塞狀態。

　　Event其實就是一個簡化版的 Condition。Event沒有鎖，沒法使線程進入同步阻塞狀態。

構造方法： 
Event()

實例方法： 
　　isSet(): 當內置標誌爲True時返回True。 
　　set(): 將標誌設爲True，並通知全部處於等待阻塞狀態的線程恢復運行狀態。 
　　clear(): 將標誌設爲False。 
　　wait([timeout]): 若是標誌爲True將當即返回，不然阻塞線程至等待阻塞狀態，等待其餘線程調用set()。

 

例子一


複製代碼
# encoding: UTF-8
import threading
import time

event = threading.Event()


def func():
    # 等待事件，進入等待阻塞狀態
    print '%s wait for event...' % threading.currentThread().getName()
    event.wait()

    # 收到事件後進入運行狀態
    print '%s recv event.' % threading.currentThread().getName()


t1 = threading.Thread(target=func)
t2 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t2.start()

time.sleep(2)

# 發送事件通知
print 'MainThread set event.'
event.set()
複製代碼
 


複製代碼
Thread-1 wait for event...
Thread-2 wait for event...

#2秒後。。。
MainThread set event.
Thread-1 recv event.
 Thread-2 recv event.

Process finished with exit code 0
複製代碼
 

timer類

 

　　Timer（定時器）是Thread的派生類，用於在指定時間後調用一個方法。

構造方法： 
Timer(interval, function, args=[], kwargs={}) 
　　interval: 指定的時間 
　　function: 要執行的方法 
　　args/kwargs: 方法的參數

實例方法： 
Timer從Thread派生，沒有增長實例方法。

例子一：


複製代碼
# encoding: UTF-8
import threading


def func():
    print 'hello timer!'


timer = threading.Timer(5, func)
timer.start()
複製代碼
線程延遲5秒後執行。

 

local類

 

 

　　local是一個小寫字母開頭的類，用於管理 thread-local（線程局部的）數據。對於同一個local，線程沒法訪問其餘線程設置的屬性；線程設置的屬性不會被其餘線程設置的同名屬性替換。

　　能夠把local當作是一個「線程-屬性字典」的字典，local封裝了從自身使用線程做爲 key檢索對應的屬性字典、再使用屬性名做爲key檢索屬性值的細節。


複製代碼
# encoding: UTF-8
import threading
 
local = threading.local()
local.tname = 'main'
 
def func():
    local.tname = 'notmain'
    print local.tname
 
t1 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t1.join()
 
print local.tname
複製代碼

notmain
main