Python初学——多线程Threading

接着上篇继续跟着沫凡小哥学Python啦

1.1 什么是多线程 Threading

多线程可简单理解为同时执行多个任务。

多进程和多线程都可以执行多个任务，线程是进程的一部分。线程的特点是线程之间可以共享内存和变量，资源消耗少（不过在Unix环境中，多进程和多线程资源调度消耗差距不明显，Unix调度较快），缺点是线程之间的同步和加锁比较麻烦。

1.2 添加线程 Thread

导入模块

import threading

获取已激活的线程数

threading.active_count()

查看所有线程信息

threading.enumerate()

查看现在正在运行的线程

threading.current_thread()

添加线程，threading.Thread()接收参数target代表这个线程要完成的任务，需自行定义

def thread_job():
    print('This is a thread of %s' % threading.current_thread())

def main():
    thread = threading.Thread(target=thread_job,)   # 定义线程 
    thread.start()  # 让线程开始工作
    
if __name__ == '__main__':
    main()

1.3 join 功能

因为线程是同时进行的，使用join功能可让线程完成后再进行下一步操作，即阻塞调用线程，直到队列中的所有任务被处理掉。

import threading
import time
def thread_job():
    print('T1 start
')
    for i in range(10):
        time.sleep(0.1)
    print('T1 finish
')
def T2_job():
    print('T2 start
')
    print('T2 finish
')

def main():
    added_thread=threading.Thread(target=thread_job,name='T1')
    thread2=threading.Thread(target=T2_job,name='T2')
    added_thread.start()
    #added_thread.join()
    thread2.start()
    #thread2.join()
    
    print('all done
')
    
if __name__=='__main__':
     main()

例子如上所示，当不使用join功能的时候，结果如下图所示：

 

当执行了join功能之后，T1运行完之后才运行T2，之后再运行print（‘all done’）

1.4 储存进程结果 queue

queue是python标准库中的线程安全的队列（FIFO）实现,提供了一个适用于多线程编程的先进先出的数据结构，即队列，用来在生产者和消费者线程之间的信息传递

 （1）基本FIFO队列

class queue.Queue(maxsize=0)

maxsize是整数，表明队列中能存放的数据个数的上限，达到上限时，插入会导致阻塞，直至队列中的数据被消费掉，如果maxsize小于或者等于0，队列大小没有限制

（2）LIFO队列 last in first out后进先出

class queue.LifoQueue(maxsize=0)

（3）优先级队列

class queue.PriorityQueue(maxsize=0)

视频中的代码，看的还不是特别明白

import threading
import time
from queue import Queue
def job(l,q):
    for i in range(len(l)):
        l[i]=l[i]**2
    q.put(l)

def multithreading():
    q=Queue()
    threads=[]
    data=[[1,2,3],[3,4,5],[4,5,6],[5,6,7]]
    for i in range(4):
        t=threading.Thread(target=job,args=(data[i],q))
        t.start()
        threads.append(t)
    for thread in threads:
        thread.join()
    results=[]
    for _ in range(4):
        results.append(q.get())
    print(results)
if __name__=='__main__':
     multithreading()

运行结果如下所示

图片截取来源：http://www.cnblogs.com/itogo/p/5635629.html

1.5 GIL 不一定有效率

Global Interpreter Lock全局解释器锁，python的执行由python虚拟机（也成解释器主循环）控制，GIL的控制对python虚拟机的访问，保证在任意时刻，只有一个线程在解释器中运行。在多线程环境中能，python虚拟机按照以下方式执行：

1.设置 GIL

2.切换到一个线程去运行

3.运行：

a.指定数量的字节码指令，或

b.线程主动让出控制（可以调用time.sleep(0)）

4.把线程设置为睡眠状态

5.解锁GIL

6.重复1-5

在调用外部代码（如C/C++扩展函数）的时候，GIL将会被锁定，直到这个函数结束为止（由于在这期间没有python的字节码被运行，所以不会做线程切换）。

下面为视频中所举例的代码，将一个数扩大4倍，分为正常方式、以及分配给4个线程去做，发现耗时其实并没有相差太多量级。

import threading
from queue import Queue
import copy
import time

def job(l, q):
    res = sum(l)
    q.put(res)

def multithreading(l):
    q = Queue()
    threads = []
    for i in range(4):
        t = threading.Thread(target=job, args=(copy.copy(l), q), name='T%i' % i)
        t.start()
        threads.append(t)
    [t.join() for t in threads]
    total = 0
    for _ in range(4):
        total += q.get()
    print(total)

def normal(l):
    total = sum(l)
    print(total)

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(1000000))
    s_t = time.time()
    normal(l*4)
    print('normal: ',time.time()-s_t)
    s_t = time.time()
    multithreading(l)
    print('multithreading: ', time.time()-s_t)

运行结果为：

 

1.6 线程锁 Lock

如果线程1得到了结果，想要让线程2继续使用1的结果进行处理，则需要对1lock，等到1执行完，再开始执行线程2。一般来说对share memory即对共享内存进行加工处理时会用到lock。

import threading

def job1():
    global A, lock #全局变量
    lock.acquire() #开始lock
    for i in range(10):
        A += 1
        print('job1', A)
    lock.release() #释放

def job2():  
    global A, lock
    lock.acquire()
    for i in range(10):
        A += 10
        print('job2', A)
    lock.release()

if __name__ == '__main__':
    lock = threading.Lock()
    A = 0
    t1 = threading.Thread(target=job1)
    t2 = threading.Thread(target=job2)
    t1.start()
    t2.start()
    t1.join()
    t2.join()

运行结果如下所示：