python使用多线程

threading 模块支持守护线程， 其工作方式是：守护线程一般是一个等待客户端请求服务的服务器。 

如果把一个线程设置为守护线程，进程退出时不需要等待这个线程执行完成。

如果主线程准备退出时，不需要等待某些子线程完成，就可以为这些子线程设置守护线程标记。 需要在启动线程之前执行如下赋值语句： thread.daemon = True，检查线程的守护状态也只需要检查这个值即可。

整个 Python 程序将在所有非守护线程退出之后才退出， 换句话说， 就是没有剩下存活的非守护线程时才退出。 

使用thread模块

以下是三种使用 Thread 类的方法(一般使用第一个或第三个方案)

• 创建 Thread 的实例，传给它一个函数。

import threading
from time import sleep, ctime
loops = [3, 2, 1, 1, 1]
def loop(i, nsec):
    print(f'start loop {i} at: {ctime()}')
    sleep(nsec)
    print(f'end loop {i} at: {ctime()}')
def main():
    print('start at', ctime())
    threads = []
    nloops = range(len(loops))
    for i in nloops:
        t = threading.Thread(target=loop, args=(i, loops[i]))
        threads.append(t)
    for i in nloops: # start threads
        threads[i].start()
    for i in nloops: # wait for all
        threads[i].join() # threads to finish
    print(f'all done at: {ctime()}')
if __name__ == '__main__':
    main()

当所有线程都分配完成之后，通过调用每个线程的 start()方法让它们开始执行，而不是 在这之前就会执行。
相比于管理一组锁（分配、获取、释放、检查锁状态等）而言，这里只 需要为每个线程调用 join()方法即可。
join()方法将等待线程结束，或者在提供了超时时间的情况下，达到超时时间。
使用 join()方法要比等待锁释放的无限循环更加清晰（这也是这种锁 又称为自旋锁的原因）。

• 创建 Thread 的实例，传给它一个可调用的类实例。

import threading
from time import sleep, ctime
# 创建 Thread 的实例，传给它一个可调用的类实例
loops = [3, 2, 1, 1, 1]
class ThreadFunc(object):
    def __init__(self, func, args, name=''):
        self.name = name
        self.func = func
        self.args = args
    def __call__(self):
        self.func(*self.args)
def loop(i, nsec):
    print(f'start loop {i} at: {ctime()}')
    sleep(nsec)
    print(f'end loop {i} at: {ctime()}')
def main():
    print('start at', ctime())
    threads = []
    nloops = range(len(loops))
    for i in nloops:
        t = threading.Thread(target=ThreadFunc(loop, (i, loops[i]), loop.__name__))
        threads.append(t)
    for i in nloops: # start threads
        threads[i].start()
    for i in nloops: # wait for all
        threads[i].join() # threads to finish
    print(f'all done at: {ctime()}')
if __name__ == '__main__':
    main()

• 派生 Thread 的子类，并创建子类的实例。

import threading
from time import sleep, ctime
# 创建 Thread 的实例，传给它一个可调用的类实例
# 子类的构造函数必须先调用其基类的构造函数
# 特殊方法__call__()在 子类中必须要写为 run()
loops = [3, 2, 1, 1, 1]
class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, func, args, name=''):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.name = name
        self.func = func
        self.args = args
    def run(self):
        self.func(*self.args)
def loop(i, nsec):
    print(f'start loop {i} at: {ctime()}')
    sleep(nsec)
    print(f'end loop {i} at: {ctime()}')
def main():
    print('start at', ctime())
    threads = []
    nloops = range(len(loops))
    for i in nloops:
        t = MyThread(loop, (i, loops[i]), loop.__name__)
        threads.append(t)
    for i in nloops: # start threads
        threads[i].start()
    for i in nloops: # wait for all
        threads[i].join() # threads to finish
    print(f'all done at: {ctime()}')
if __name__ == '__main__':
    main()

使用锁

python和java一样，也具有锁机制，而且创建与使用锁都是很简便的。

一般在多线程代码中，总会有一些特 定的函数或代码块不希望（或不应该）被多个线程同时执行，通常包括修改数据库、更新文件或 其他会产生竞态条件的类似情况

锁有两种状态：锁定和未锁定。而且它也只支持两个函数：获得锁和释放锁。

一般锁的调用如下

# 加载线程的锁对象
lock = threading.Lock()
# 获取锁
lock.acquire()
# ...代码
# 释放锁
lock.release()

更简洁的方法是使用with关键字，如下代码功能同上

# 加载线程的锁对象
lock = threading.Lock()
with lock :
    #...代码

示例代码：

import threading
from time import sleep, ctime

lock = threading.Lock()

def a():
    lock.acquire()
    for x in range(5):
        print(f'a:{str(x)}')
        sleep(0.01)
    lock.release()


def b():
    lock.acquire()
    for x in range(5):
        print(f'a:{str(x)}')
        sleep(0.01)
    lock.release()


threading.Thread(target=a).start()
threading.Thread(target=b).start()

相关属性和方法 

• Thread对象的属性

属性	描述
name	线程名
ident	线程的标识符
daemon	布尔标志，表示这个线程是否是守护线程

•  Thread对象的方法

方法	描述
init(group=None, tatget=None, name=None, args=(), kwargs ={}, verbose=None, daemon=None)	实例化一个线程对象，需要有一个可调用的 target，以及其参数 args 或 kwargs。还可以传递 name 或 group 参数，不过后者还未实现。此 外 ， verbose 标 志 也 是 可 接 受 的 。 而 daemon 的 值 将 会 设 定 thread.daemon 属性/标志
start()	开始执行该线程
run()	定义线程功能的方法（通常在子类中被应用开发者重写）
join (timeout=None)	直至启动的线程终止之前一直挂起；除非给出了 timeout（秒），否则 会一直阻塞
is_alive()	布尔标志，表示这个线程是否还存活

• threading模块其他函数

函数	描述
start()	开始执行该线程
active_count()	当前活动的 Thread 对象个数
enumerate()	返回当前活动的 Thread 对象列表
settrace(func)	为所有线程设置一个 trace 函数
setprofile (func)	为所有线程设置一个 profile 函数
stack_size(size=0)	返回新创建线程的栈大小；或为后续创建的线程设定栈的大小 为 size
Lock()	加载线程的锁对象，是一个基本的锁对象，一次只能一个锁定，其余锁请求，需等待锁释放后才能获取,对象有acquire()和release()方法
RLock()	多重锁，在同一线程中可用被多次acquire。如果使用RLock，那么acquire和release必须成对出现，调用了n次acquire锁请求，则必须调用n次的release才能在线程中释放锁对象

后记 

在Python多线程下，每个线程的执行方式：
1、获取GIL
2、执行代码直到sleep或者是python虚拟机将其挂起。
3、释放GIL

通常来说，多线程是一个好东西。不过由于 Python 的 GIL 的限制，多线程更适合于 I/O 密集型应用（I/O 释放了 GIL，可以允 许更多的并发），而不是计算密集型应用。对于后一种情况而言，为了实现更好的并行性，你需要使用多进程，以便让 CPU 的其他内核来执行。

请注意：多核多线程比单核多线程更差，原因是单核下多线程，每次释放GIL，唤醒的那个线程都能获取到GIL锁，所以能够无缝执行，但多核下，CPU0释放GIL后，其他CPU上的线程都会进行竞争，但GIL可能会马上又被CPU0拿到，导致其他几个CPU上被唤醒后的线程会醒着等待到切换时间后又进入待调度状态，这样会造成线程颠簸(thrashing)，导致效率更低