Py之MT：Multithreaded的簡介、引入、使用方法之詳細(xì)攻略

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目錄

Multithreaded的簡介

Multithreaded的引入

Multithreaded的使用方法

1、Python提供了幾個用于多線程編程的模塊

2、Python中使用線程有兩種方式：函數(shù)或者用類來包裝線程對象。

案例應(yīng)用

(1)、T1、創(chuàng)建Thread實(shí)例，傳給它一個函數(shù)

(2)、T2、創(chuàng)建一個Thread實(shí)例，傳給它一個可調(diào)用的類對象。

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Multithreaded的簡介

? ? ? ? 多線程（英語：multithreading），是指從軟件或者硬件上實(shí)現(xiàn)多個線程并發(fā)執(zhí)行的技術(shù)。具有多線程能力的計(jì)算機(jī)因有硬件支持而能夠在同一時間執(zhí)行多于一個線程，進(jìn)而提升整體處理性能。具有這種能力的系統(tǒng)包括對稱多處理機(jī)、多核心處理器以及芯片級多處理（Chip-level multithreading）或同時多線程（Simultaneous multithreading）處理器。 [1] ?在一個程序中，這些獨(dú)立運(yùn)行的程序片段叫作“線程”（Thread），利用它編程的概念就叫作“多線程處理（Multithreading）”。具有多線程能力的計(jì)算機(jī)因有硬件支持而能夠在同一時間執(zhí)行多于一個線程（臺灣譯作“執(zhí)行緒”），進(jìn)而提升整體處理性能。
? ? ? 在計(jì)算機(jī)編程中，一個基本的概念就是同時對多個任務(wù)加以控制。許多程序設(shè)計(jì)問題都要求程序能夠停下手頭的工作，改為處理其他一些問題，再返回主進(jìn)程。可以通過多種途徑達(dá)到這個目的。

1、多線程類似于同時執(zhí)行多個不同程序，多線程運(yùn)行有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)、使用線程可以把占據(jù)長時間的程序中的任務(wù)放到后臺去處理。
用戶界面可以更加吸引人，這樣比如用戶點(diǎn)擊了一個按鈕去觸發(fā)某些事件的處理，可以彈出一個進(jìn)度條來顯示處理的進(jìn)度
(2)、程序的運(yùn)行速度可能加快
在一些等待的任務(wù)實(shí)現(xiàn)上如用戶輸入、文件讀寫和網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)等，線程就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如內(nèi)存占用等等。
? ? ? ?線程在執(zhí)行過程中與進(jìn)程還是有區(qū)別的。每個獨(dú)立的線程有一個程序運(yùn)行的入口、順序執(zhí)行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨(dú)立執(zhí)行，必須依存在應(yīng)用程序中，由應(yīng)用程序提供多個線程執(zhí)行控制。
每個線程都有他自己的一組CPU寄存器，稱為線程的上下文，該上下文反映了線程上次運(yùn)行該線程的CPU寄存器的狀態(tài)。
指令指針和堆棧指針寄存器是線程上下文中兩個最重要的寄存器，線程總是在進(jìn)程得到上下文中運(yùn)行的，這些地址都用于標(biāo)志擁有線程的進(jìn)程地址空間中的內(nèi)存。
(1)、線程可以被搶占（中斷）。
(2)、在其他線程正在運(yùn)行時，線程可以暫時擱置（也稱為睡眠） -- 這就是線程的退讓。
2、什么是線程？
? ? ? ? 線程（亦稱為輕量級進(jìn)程）跟進(jìn)程有些相似，不同的是：所有的線程運(yùn)行在同一個進(jìn)程中，共享相同的運(yùn)行環(huán)境。它們可以被想象成是在主進(jìn)程或“主線程”中并行運(yùn)行的“迷你進(jìn)程”。
? ? ? ? 線程有開始，順序執(zhí)行和結(jié)束三部分。它有一個自己的指令指針，記錄自己運(yùn)行到什么地方。線程的運(yùn)行可能被搶占（中斷）或暫時的被掛起（睡眠），讓其他線程運(yùn)行，這叫做讓步。
? ? ? ? 一個進(jìn)程中的各個線程之間共享同一片數(shù)據(jù)空間，所以線程之間可以比進(jìn)程之間更方便地共享數(shù)據(jù)以及相互通訊。線程一般都是并發(fā)執(zhí)行的，正是由于這種并行和數(shù)據(jù)共享的機(jī)制使得多個任務(wù)的合作變成可能。
? ? ? ? 實(shí)際上，在單CPU的系統(tǒng)中，真正的并發(fā)是不可能的，每個線程會被安排成每次只運(yùn)行一小會，然后就把CPU讓出來，讓其他的線程去運(yùn)行。在進(jìn)程的整個運(yùn)行過程中，每個線程都只做自己的事，在需要的時候跟其他的線程共享運(yùn)行的結(jié)果。
? ? ? ? 當(dāng)然，這樣的共享并不是完全沒有危險的。如果多個線程共同訪問同一片數(shù)據(jù)，則由于數(shù)據(jù)訪問的順序不同，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果的不一致的問題，即競態(tài)條件（race condition）。同樣，大多數(shù)線程庫都帶有一些列的同步原語，來控制線程的執(zhí)行和數(shù)據(jù)的訪問。
? ? ? ? 另一個需要注意的是由于有的函數(shù)會在完成之前阻塞住，在沒有特別為多線程做修改的情況下，這種“貪婪”的函數(shù)會讓CPU的時間分配有所傾斜，導(dǎo)致各個線程分配到的運(yùn)行時間可能不盡相同，不盡公平。

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Multithreaded的引入

1.為什么引入多線程編程？
? ? ? ? 在多線程（Multithreaded，MT）編程出現(xiàn)之前，電腦程序的運(yùn)行由一個執(zhí)行序列組成，執(zhí)行序列按順序在主機(jī)的中央處理器CPU中運(yùn)行。即使整個程序由多個相互獨(dú)立無關(guān)的子任務(wù)組成，程序都會順序執(zhí)行。
? ? ? ? 由于并行處理可以大幅度地提升整個任務(wù)的效率，故引入多線程編程。
? ? ? ? 多線程中任務(wù)具有以下特點(diǎn)：
? ? ? ? (1) 這些任務(wù)的本質(zhì)是異步的，需要有多個并發(fā)事務(wù)；
? ? ? ? (2) 各個事務(wù)的運(yùn)行順序可以是不確定的、隨機(jī)的、不可預(yù)測的。
? ? ? ? 這樣的編程任務(wù)可以分成多個執(zhí)行流，每個流都有一個要完成的目標(biāo)。再根據(jù)不同的應(yīng)用，這些子任務(wù)可能都要計(jì)算出一個中間結(jié)果，用于合并得到最后的結(jié)果。

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Multithreaded的使用方法

1、Python提供了幾個用于多線程編程的模塊

包括thread、threading和Queue等。 ? ? ? ?
?(1) thread模塊: 允許程序員創(chuàng)建和管理線程，它提供了基本的線程和鎖的支持。thread模塊僅僅了解就行，你應(yīng)該使用更高級別的threading等。
原因之一：thread不支持守護(hù)線程 ：其中thread模塊需要避免的一個原因是：它不支持守護(hù)線程。當(dāng)主線程退出時，所有的子線程不論它們是否還在工作，都會被強(qiáng)行退出。有時我們并不期望這種行為，這就引入了守護(hù)線程的概念。Threading模塊支持守護(hù)線程。 ??
原因之二：threading的Thread類是主要的運(yùn)行對象。它有很多thread模塊里沒有的函數(shù)。??

(2) threading模塊: 允許程序員創(chuàng)建和管理線程，它提供了更高級別，更強(qiáng)的線程管理的功能。

Thread #表示一個線程的執(zhí)行的對象 Lock #鎖原語對象（跟thread模塊里的鎖對象相同） RLock #可重入鎖對象。使單線程可以再次獲得已經(jīng)獲得了的鎖（遞歸鎖定） Condition #條件變量對象能讓一個線程停下來，等待其他線程滿足了某個“條件”。如狀態(tài)的改變或值的改變 Event #通用的條件變量。多個線程可以等待某個時間的發(fā)生，在事件發(fā)生后，所有的線程都被激活 Semaphore #為等待鎖的線程提供一個類似“等候室”的結(jié)構(gòu) BoundedSemaphore #與Semaphore類似，只是它不允許超過初始值 Timer #與thread類似，只是它要等待一段時間后才開始運(yùn)行

(3) Queue模塊: 允許用戶創(chuàng)建一個可用于多個線程間共享數(shù)據(jù)的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2、Python中使用線程有兩種方式：函數(shù)或者用類來包裝線程對象。

函數(shù)式：調(diào)用thread模塊中的start_new_thread()函數(shù)來產(chǎn)生新線程。語法如下:thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )
參數(shù)說明:
function - 線程函數(shù)。
args - 傳遞給線程函數(shù)的參數(shù),他必須是個tuple類型。
kwargs - 可選參數(shù)。

(0.1)、沒有線程的舉例：使用time.sleep()函數(shù)來演示線程的工作，這個例子主要為后面線程做對比。
設(shè)計(jì)兩個計(jì)時器，loop01睡眠4秒，loop02睡眠2秒，它們是在一個進(jìn)程或者線程中，順序地執(zhí)行l(wèi)oop01()和loop02()，總運(yùn)行時間為6秒。

# time.sleep()需要一個浮點(diǎn)型的參數(shù)，來指定“睡眠”的時間（單位秒）。這就相當(dāng)于程序的運(yùn)行會被掛起指定的時間。#設(shè)計(jì)兩個計(jì)時器，loop01睡眠4秒，loop02睡眠2秒，它們是在一個進(jìn)程或者線程中，順序地執(zhí)行l(wèi)oop01()和loop02()，總運(yùn)行時間為6秒。 from time import sleep, ctime def loop01(): print ("Start loop01 at:", ctime()) sleep(4) print ("Loop01 done at:", ctime()) def loop02(): print ("Start loop02 at:", ctime()) sleep(2) print ("Loop02 done at:", ctime()) def main(): print ("Starting at:", ctime()) loop01() loop02() print ("All done at:", ctime()) if __name__ == "__main__": main()

(0.2)、使用thread模塊提供簡單的額多線程機(jī)制。loop01和loop02并發(fā)地被執(zhí)行，顯然，短的那個先結(jié)束。總的運(yùn)行時間為最慢的那個線程的運(yùn)行時間，而不是所有的線程的運(yùn)行時間之和。 # start_new_thread()要求一定要有前兩個參數(shù)，即使運(yùn)行的函數(shù)不要參數(shù)，也要傳一個空的元組。?
? ? ?主函數(shù)中多了個sleep(6)，是因?yàn)槿绻覀儧]有讓主線程停下來，那主線程就會運(yùn)行下一條語句，顯示“All done”，然后就關(guān)閉運(yùn)行著loop01和loop02的兩個線程，退出了。沒有寫讓主線程停下來等所有子線程結(jié)束后再繼續(xù)運(yùn)行的代碼，這就是前面所說的需要同步的原因。這里采用sleep(6)作為同步機(jī)制，設(shè)置6秒=4+2秒，在主線程等待6秒后就結(jié)束了。

from time import sleep, ctime def loop01(): print ("Start loop01 at:", ctime()) sleep(4) print ("Loop01 done at:", ctime()) def loop02(): print ("Start loop02 at:", ctime()) sleep(2) print ("Loop02 done at:", ctime()) def main(): try: print ("Starting at:", ctime()) thread.start_new_thread(loop01, ()) thread.start_new_thread(loop02, ()) sleep(6) print ("All done at:", ctime()) except Exception as e:print("Error:",e) finally: print("END\n") if __name__ == "__main__": main()

(0.3)、線程加鎖方法
? ? ? 有什么好的管理線程的方法呢？而不是在主線程里做個額外的延時6秒操作。因?yàn)榭偟倪\(yùn)行時間并不比單線程的代碼少；而且使用sleep()函數(shù)做線程的同步操作是不可靠的；如果循環(huán)的執(zhí)行時間不能事先確定的話，這可能會造成主線程過早或過晚的退出。
? ? ? ? 這就需要引入鎖的概念。下面代碼執(zhí)行l(wèi)oop函數(shù)，與前面代碼的區(qū)別是不用為線程什么時候結(jié)束再做額外的等待了。使用鎖之后，可以在兩個線程都退出后，馬上退出。

from time import sleep, ctime loops = [2,4] #等待時間2、4秒。def loop(nloop, nsec, lock): #鎖序號，等待時間，鎖對象 #每個線程都會被分配一個事先已經(jīng)獲得的鎖，在sleep()的時間到了之后就釋放相應(yīng)的鎖以通知住線程，這個線程已經(jīng)結(jié)束了。print("start loop", nloop, "at:", ctime()) sleep(nsec)print("loop ", nloop, "done at:", ctime()) lock.release() #解鎖。線程結(jié)束時需做解鎖操作，調(diào)用lock.release()函數(shù)； def main(): print("starting at:", ctime() ) locks =[] nloops = range(len(loops)) #以loops數(shù)組創(chuàng)建列表并賦值給nloops #第一個for循環(huán)創(chuàng)建鎖：thread.allocate_lock()for i in nloops: lock = thread.allocate_lock() #創(chuàng)建鎖對象，后邊添加到locks列表內(nèi) lock.acquire() #獲取鎖對象，加鎖。即分別調(diào)用各個鎖的acquire()函數(shù)獲得鎖對象。獲得鎖表示“把鎖鎖上”，并放到鎖列表locks中；locks.append(lock) #追加到locks[]數(shù)組中 #第二個for循環(huán)創(chuàng)建線程：thread.start_new_thread(對應(yīng)線程循環(huán)號,睡眠時間,鎖)for i in nloops: thread.start_new_thread(loop,(i,loops[i],locks[i])) #執(zhí)行多線程 (自定義的loop函數(shù),函數(shù)參數(shù)) #最后這個循環(huán)是一直等待(達(dá)到暫停主線程的目的)：直到兩個鎖都被解鎖才繼續(xù)運(yùn)行。它是順序檢查每個鎖，主線程需不停地對所有鎖進(jìn)行檢查直到都釋放。for i in nloops: #循環(huán)等待順序檢查每個所都被解鎖才停止 while locks[i].locked(): passprint("all end:", ctime() ) if __name__ == "__main__": main()

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案例應(yīng)用

(1)、T1、創(chuàng)建Thread實(shí)例，傳給它一個函數(shù)

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#T1、創(chuàng)建Thread實(shí)例，傳給它一個函數(shù) import threading from time import sleep, ctime loops = [2,4] #睡眠時間 def loop(nloop, nsec): print('Start loop', nloop, 'at:', ctime()) sleep(nsec) print('Loop ', nloop, 'done at:', ctime())def main(): print( 'Starting at:', ctime())threads = [] #添加了一些Thread對象nloops = range(len(loops)) #列表[0,1] #創(chuàng)建線程:在實(shí)例化每個Thread對象時，把函數(shù)（target）和參數(shù)（args）都傳進(jìn)去，得到返回的Thread實(shí)例。for i in nloops: #實(shí)例化一個Thread調(diào)用Thread()方法與調(diào)用thread.start_new_thread()之間的最大區(qū)別是：#新的線程不會立即開始。在你創(chuàng)建線程對象，但不想馬上開始運(yùn)行線程的時候，這是一個很有用的同步特性。t = threading.Thread(target=loop,args=(i,loops[i])) threads.append(t) #開始線程：Change1:所有的線程都創(chuàng)建之后，再一起調(diào)用start()函數(shù)啟動線程，而不是創(chuàng)建一個啟動一個。for i in nloops: threads[i].start() #等待所有結(jié)束線程：threading模塊的Thread類有一個join()函數(shù)，允許主線程等待線程的結(jié)束。#Change2:不用再管理一堆鎖（分配鎖、獲得鎖、釋放鎖、檢查鎖的狀態(tài)等），只要簡單地對每個線程調(diào)用join()函數(shù)就可以了。# 使用join()比使用一個等待鎖釋放的無限循環(huán)清楚一些(也稱“自旋鎖”)。#Tip:如果你的主線程除了等線程結(jié)束外，還有其他的事情要做（如處理或等待其他的客戶請求），那就不用調(diào)用join()，只有在你要等待線程結(jié)束的時候才要調(diào)用join()。for i in nloops: threads[i].join() print('All end:', ctime())if __name__ == '__main__': main()

(2)、T2、創(chuàng)建一個Thread實(shí)例，傳給它一個可調(diào)用的類對象。

? ? ?這個方法，與T1方法傳遞一個函數(shù)很相似。但它是傳一個可調(diào)用的類的實(shí)例供線程啟動的時候執(zhí)行，這是多線程編程的一個更為面向?qū)ο蟮姆椒āＯ鄬τ谝粋€或幾個函數(shù)來說，由于類對象里可以使用類請打的功能，可以保存更多的信息，這種方法更為靈活。

#T2、創(chuàng)建一個Thread實(shí)例，傳給它一個可調(diào)用的類對象 #coding=utf-8 import threading from time import sleep, ctime loops = [2,4] #睡眠時間 #創(chuàng)建Thread對象時會實(shí)例化一個可調(diào)用類ThreadFunc的類對象。這個類保存了函數(shù)的參數(shù)，函數(shù)本身以及函數(shù)的名字字符串 class ThreadFunc(object): #傳遞的是一個可調(diào)用的類，而不是一個函數(shù)def __init__(self, func, args, name=''): #構(gòu)造器__init__()函數(shù)：初始化賦值工作self.name=name self.func=func self.args=args def __call__(self): #特殊函數(shù)__call__()：由于我們已經(jīng)有要用的參數(shù)，所以就不用再傳到Thread()構(gòu)造器中；#由于我們有一個參數(shù)的元組，這時python2要在代碼中使用apply()函數(shù)即Python3中改為下邊。self.func(*self.args)def loop(nloop, nsec): print('Start loop', nloop, 'at:', ctime())sleep(nsec) print('Loop ', nloop, 'done at:', ctime())def main(): print('Starting at:', ctime())threads=[] nloops = range(len(loops)) #列表[0,1] for i in nloops: #調(diào)用ThreadFunc類實(shí)例化的對象，創(chuàng)建所有線程 t = threading.Thread( target=ThreadFunc(loop, (i,loops[i]), loop.__name__) ) threads.append(t) #開始線程 for i in nloops: threads[i].start() #等待所有結(jié)束線程 for i in nloops: threads[i].join() print('All end:', ctime())if __name__ == '__main__': main()

#Python2中的apply函數(shù)的講解 #apply(func [, args [, kwargs ]]) 函數(shù)：用于當(dāng)函數(shù)參數(shù)已經(jīng)存在于一個元組或字典中時，間接地調(diào)用函數(shù)。 # args是一個包含將要提供給函數(shù)的按位置傳遞的參數(shù)的元組。如果省略了args，任何參數(shù)都不會被傳遞， # kwargs是一個包含關(guān)鍵字參數(shù)的字典。 def say(a, b): print(a, b) apply(say,("第一個參數(shù)", "Python線程")) #輸出得到：第一個參數(shù) Python線程

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參考文章
Python 多線程
Python線程指南

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《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Py之MT：Multithreaded的简介、引入、使用方法之详细攻略的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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