AI技术百科

tianjing2020 2021-12-27 16:39:21

8.3、Python threading模块用法精讲

相对于 thread 包，threading 包提供了更多的功能。该包的用法基本分成两步：

第一步是构造一个 threading.Thread 实例对象，这时该对象对应的线程就处于“新建”状态；
第二步是操作该对象，如调用 start() 来将该线程转换到“就绪”状态。

创建线程实例对象

我们可以创建基于现有的 threading.Thread 类的实例对象，主要需要提供入口函数和对应的参数。入口函数仍复用前面的函数，代码如下：

格式化复制

def thread_entry(id):
    cnt = 0
    while cnt < 10:
        print('Thread:(%d) Time:%s' % (id, time.ctime()))
        time.sleep(1)
        cnt = cnt + 1

下面来创建该实例，代码如下：

>>> import threading
>>> thread1 = threading.Thread(target=thread_entry, name="thread 1", args=(1,))
>>> thread1.isAlive()          # 线程是否在运行
False
>>> thread1.name               # 线程名称
'thread 1'

在创建线程实例时可以设定入口函数、入口函数的参数、线程名等。

而在 Python 3 中多了一个标志，即 daemon，表示该线程是否为后台线程。

在 Python 3 中，默认创建的线程不是 daemon 进程。在所有非 daemon 线程结束时，进程结束。进程结束时，所有 daemon 线程会强制退出。这说明 daemon 线程会自动随进程一起结束，而非 daemon 线程则会阻止进程的结束，或者说进程会等待所有非 daemon 线程的结束。

下面来演示 daemon 属性的用法。创建一个 daemon 线程，在其完成任务之前，主线程退出。这时可以看到该 daemon 线程会自动退出。代码如下：

import sys, time
import threading                                        # 引入线程库
def thread_entry():                                     # 线程入口函数
    left_round = 10                                     # 一共循环10轮
    print(' Child Thread: Start Running')
     while left_round > 0:
        print('Child Thread: Running, left round = %d' % left_round)
        time.sleep(0.5)
        left_round = left_round – 1
    print("Child Thread Quit")          # 线程退出
def start_threads():                    # 启动线程
    thread1 = threading.Thread(target=thread_entry, daemon=True)
    thread1.start()                     # 启动线程，使之处于“就绪”状态
    time.sleep(0.8)
    print("Active Thread Number = %d" % threading.active_count())
    time.sleep(1.8)
    print("Main Thread Quit")           # 主线程退出
if __name__=='__main__':
    start_threads()

运行情况如下：

$ python3 demo2.py
Thread: Start Running
Child Thread: Running, left round = 10
Child Thread: Running, left round = 9
Active Thread Number = 2 # 现在有2个线程了
Child Thread: Running, left round = 8
Child Thread: Running, left round = 7
Child Thread: Running, left round = 6
Child Thread: Running, left round = 5
Main Thread Quit # 主线程结束，导致进程结束

可以看到主线程退出后进程就退出了。如果将 daemon 参数设为 False，则该新创建的线程就不是 daemon 线程了，这时即使主线程退出，进程也不会退出，直到所有的非 daemon 线程都退出。

将上例中的 start_threads() 函数修改如下，其他代码没有任何改变：

def start_threads():            # 创建非daemon线程
    thread1 = threading.Thread(target=thread_entry, daemon=False)
    thread1.start()
    time.sleep(0.8)
    print("Active Thread Number = %d" % threading.active_count())
    time.sleep(1.8)
    print("Main Thread Quit")

再次运行该程序，结果如下：

$ python3 demo3.py
Child Thread: Start Running
Child Thread: Running, left round = 10
Child Thread: Running, left round = 9
Active Thread Number = 2
Child Thread: Running, left round = 8
Child Thread: Running, left round = 7
Child Thread: Running, left round = 6
Child Thread: Running, left round = 5
Main Thread Quit # 主线程退出，但是进程没有退出
Child Thread: Running, left round = 4
Child Thread: Running, left round = 3
Child Thread: Running, left round = 2
Child Thread: Running, left round = 1
Child Thread Quit # 所有的非daemon线程结束，进程结束

在 Python 2 ，创建线程时是不能指定 daemon 属性的，但是可以在创建后修改属性，方式如下：

Thread实例对象.set setDaemon(False)

在 Python 2 中，新创建的非主线程默认都是 daemon 线程，即会随着进程退出而强制退出。下面是 Python 2 中的一个例子，在该例子中，创建线程后将其设置为非 daemon 线程，这样进程便会一直等待该线程退出才退出，不会强制该线程退出。主要修改在 start_threads() 部分，修改后的内容如下：

def start_threads():
    thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)
    thread1.setDaemon(False)                    # 修改为非daemon线程
    thread1.start()
    time.sleep(0.8)
    print("Active Thread Number = %d" % threading.active_count())
    time.sleep(1.8)
    print("Main Thread Quit")

运行情况如下：

$ python demo4.py
Child Thread: Start Running
Child Thread: Running, left round = 10
Child Thread: Running, left round = 9
Active Thread Number = 2
Child Thread: Running, left round = 8
Child Thread: Running, left round = 7
Child Thread: Running, left round = 6
Child Thread: Running, left round = 5
Main Thread Quit                        # 主线程退出，但是进程还没有退出
Child Thread: Running, left round = 4   # 新建的线程仍然在执行
Child Thread: Running, left round = 3
Child Thread: Running, left round = 2
Child Thread: Running, left round = 1
Child Thread Quit                       # 新建的线程退出，进程退出

派生自己的线程类

上面是通过创建 threading.Thread 的实例对象来创建线程的。其实也可以创建自己的线程类，然后使用自己的线程类来创建实例对象以达到创建线程的目的。当然自己创建的线程类要派生自 threading.Thread。

import sys, time
import threading                                                # 引入线程库
class CustomThread(threading.Thread):   # 派生自己的线程类
    def __init__(self, thread_name):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.thread_name = thread_name
    def run(self):                                              # 线程的主函数
        left_round = 10
        print('Child Thread: Start Running')
        while left_round > 0:
            print('Child Thread: Running, left round = %d' % left_round)
            time.sleep(0.5)
            left_round = left_round - 1
        print("Child Thread Quit")
def start_threads():                                    # 启动线程
    thread1 = CustomThread('thread 1')  # 创建线程对象
    thread1.setDaemon(False)                    # 设置为非daemon线程
    thread1.start()                                             # 启动线程
    time.sleep(0.8)
    print("Active Thread Number = %d" % threading.active_count())
    time.sleep(1.8)
    print("Main Thread Quit")                   # 主线程退出
if __name__=='__main__':
    start_threads()

运行结果如下：

$ python demo6.py
Child Thread: Start Running
Child Thread: Running, left round = 10
Child Thread: Running, left round = 9
Active Thread Number = 2                   # 2个线程
Child Thread: Running, left round = 8
Child Thread: Running, left round = 7
Child Thread: Running, left round = 6
Child Thread: Running, left round = 5
Main Thread Quit                           # 主线程退出，但是进程还没有退出
Child Thread: Running, left round = 4
Child Thread: Running, left round = 3
Child Thread: Running, left round = 2
Child Thread: Running, left round = 1
Child Thread Quit                          # 子线程退出，进程退出

这里需要注意的是：

在构造函数中一定要调用父类的构造函数，然后再进行其他的初始化操作。
run() 就是线程的入口函数，在外部调用实例对象的 start() 接口时就会运行该函数。该函数不能有除 self 之外的其他参数，但是可以通过构造函数传入或者通过设置来传输。

配置线程

在启动线程之前，线程处于“新建”状态，这时可以配置线程的信息。

1) 修改是否为 daemon 线程：这个仅在 Python 3 中才有效。我们可以操作线程对象的 daemon 属性，推荐的用法是使用线程对象的 setDaemon() 和 isDaemon() 接口函数。下面演示了这些用法。

>>> import threading        # 引入线程库
>>> import time
>>> def thread_entry():     # 定义入口函数
...   time.sleep(30)
...                         # 入口函数定义结束
>>> thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)    # 创建线程
>>> thread1.daemon                                     # 查看该线程是否是daemon线程
False
>>> thread1.daemon = True      # 修改daemon属性
>>> thread1.daemon             # 查看该线程是否是daemon线程
True
>>> thread1.isDaemon()         # 查看该线程是否是daemon线程
True
>>> thread1.setDaemon(False)   # 修改daemon属性
>>> thread1.isDaemon()         # 查看该线程是否是daemon线程
False

2) 修改线程的名称：每个线程都有一个名字，即使我们没有指定，系统也会自动为其分配一个名字。可以使用线程对象的 name 属性来修改或者获得线程的名字。和daemon属性一样，推荐使用线程对象的 setName() 和 getName() 接口函数来操作线程的名字。下面演示了这些用法。

>>> import threading                 # 引入threading库
>>> import time                      # 定义线程入口函数
>>> def thread_entry():
...   time.sleep(30)
...                                  # 入口函数定义结束
>>> thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)    # 创建线程
>>> thread1.name                     # 得到线程的名字
'Thread-1'                           # 这是系统分配的名字
>>> thread1.name = "new-name"        # 修改线程的名字
>>> thread1.name                     # 得到线程的名字
'new-name'
>>> thread1.getName()                # 得到线程的名字
'new-name'
>>> thread1.setName("abc")           # 修改线程的名字
>>> thread1.getName()                # 得到线程的名字
'abc'

启动线程

在配置好线程后，可以启动该线程。这时线程的状态由“新建”变为“就绪”。就绪状态的线程并没有在运行，只是说可以运行了。只有在操作系统可以为其分配相关的处理器资源时，才会将其调度到某个处理器上运行。

threading.Thread 实例对象有一个接口函数 start()，通过调用该函数可以启动该线程。

>>> def thread_entry():                              # 定义入口函数
...     time.sleep(30)                               # 等待30秒
...     print("Child Thread Quit")
...                                                  # 入口函数结束
>>> thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)  # 创建线程
>>> thread1
<Thread(Thread-5, initial)>                          # 线程状态为initial
>>> thread1.start()                                  # 开始运行，进入“就绪”状态
>>> thread1
<Thread(Thread-5, started 123145558048768)>

start() 函数不能被调用多次，否则会抛出异常。下面的例子演示了多次调用 start() 的情形。

>>> thread1.start()                             # 再次启动线程
Traceback (most recent call last):              # 抛出RuntimeError异常
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/usr/local/Cellar/python@
2/2.7.15_1/frameworks/Python.framework/Versions
/2.7/lib/python2.7/threading.py", line 730, in start
    raise RuntimeError("threads can only be started once")
RuntimeError: threads can only be started once

停止线程

在 thread 包和 threading 包中都没有提供强制线程退出的接口函数，但可以通过给线程发送信号的方式来强制某个线程退出。

import threading                       # 引入线程库
import inspect, sys, time
import ctypes
def async_raise_exception(thread_id, exctype):  # 给线程发送信号
   tid = ctypes.c_long(thread_id)      # 得到线程的id
   if not inspect.isclass(exctype):
      exctype = type(exctype)
   res = ctypes.pythonapi.PyThreadState_SetAsyncExc(tid,
          ctypes.py_object(exctype))
   if res == 0:
      raise ValueError("invalid thread id")
   elif res != 1:
      ctypes.pythonapi.PyThreadState_SetAsyncExc(thread_id, None)
      raise SystemError("PyThreadState_SetAsyncExc failed")
def thread_entry():                       # 线程入口函数
    print('Child Thread: Start Running')
    while True:
        try :
            time.sleep(0.2)
        except SystemExit:                # 接收到信号
            print("Got an SystemExit Exception, Quit")
            break                         # 退出线程
    print("Child Thread Quit")
def start_threads():                      # 启动线程
    thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)
    thread1.setDaemon(False)
    thread1.start()
    time.sleep(2)
    print("Active Thread Number = %d" % threading.active_count())
    async_raise_exception(thread1.ident, SystemExit)
    time.sleep(1)
    print("Active Thread Number = %d" % threading.active_count())
    print("Main Thread Quit")
if __name__=='__main__':
    start_threads()

运行结果如下：

$ python forceQuit1.py
Child Thread: Start Running
Active Thread Number = 2
Got an SystemExit Exception, Quit
Child Thread Quit
Active Thread Number = 1
Main Thread Quit

等待线程结束

有时父线程需要等待所有的子线程完成任务，这时可以使用 join() 接口函数。该接口函数会一直等待，直到对象的线程退出。

import sys, time                      # 引入time库
import threading
def thread_entry():                   # 定义入口函数
    left_round = 10
    print('Child Thread: Start Running')
    while left_round > 0:
        print('Child Thread: Running, left round = %d' % left_round)
        time.sleep(0.2)
        left_round = left_round - 1
    print("Child Thread Quit")
    return 88
def start_threads():                  # 启动线程
    thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)
    thread1.setDaemon(False)
    thread1.start()
    thread1.join()                    # 等待子线程结束
    print("Main Thread Quit")         # 主线程退出
if __name__=='__main__':
    start_threads()

运行结果如下：

$ python joinDemo1.py
Child Thread: Start Running
Child Thread: Running, left round = 10
Child Thread: Running, left round = 9
Child Thread: Running, left round = 8
Child Thread: Running, left round = 7
Child Thread: Running, left round = 6
Child Thread: Running, left round = 5
Child Thread: Running, left round = 4
Child Thread: Running, left round = 3
Child Thread: Running, left round = 2
Child Thread: Running, left round = 1
Child Thread Quit
Main Thread Quit

join() 函数还可以带一个时间参数，表示最多等待多少秒，如果等待超时，该函数返回。但不论是因为超时返回还是因为线程退出，join() 函数的返回值都是 None。为了分辨返回的原因，需要在 join() 之后调用 isAlive() 来判断等待的线程是否真的退出了。不能 join() 自己，否则会抛出异常。不能 join() 处于“新建”状态的线程，否则也会抛出异常。

其他接口函数

下面介绍 threading 包中其他常用的接口函数。

1) 得到当前进程内运行状态线程的个数—— threading.active_count()：这是一个类函数，不需要使用线程实例对象，也没有任何输入参数。

>>> def thread_entry():               # 入口函数
...     time.sleep(30)
...     print("Child Thread Quit")
...                                   # 入口函数结束
>>> thread1 = threading.Thread(target=thread_entry)    # 创建线程
>>> threading.active_count()          # 有效线程个数
1
>>> thread1.start()                   # 启动线程
>>> threading.active_count()          # 有效线程个数
2

2) 当前线程——threading.current_thread()：这也是一个类函数，不需要使用线程实例对象，也不需要任何输入参数，返回的是一个线程实例对象。在不同的线程内调用会得到不同的实例对象。

>>> thread_obj1 = threading.current_thread()   # 得到当前的线程
>>> type(thread_obj1)
<class 'threading._MainThread'>
>>> isinstance(thread_obj1, threading.Thread)  # 是否为线程对象
True
>>> thread_obj1                                                                        # 查看线程对象
<_MainThread(MainThread, started 140735876817792)>
>>> thread_obj1.name                   # 线程名
'MainThread'
>>> thread_obj1.__class__              # 线程的类型
<class 'threading._MainThread'>

3) 设置线程栈大小——threading.stack_size(size)：单位是字节。该函数对于所有后来新建的线程有效。目前阶段不能对某个线程设定栈的大小，只能设定系统参数。size 的值可以为 0 或者大于 32768（表示 32KB）的正整数，但最好不要设置为任意值，建议设置为 4KB 的整数倍，如 8192（8KB）；如果设为 0 表示取系统默认值。

该函数仅在 Windows 和支持 POSIX 的系统上有效。

4) 得到线程栈的大小——threading.stack_size()：该函数返回的是一个整数，0 表示系统默认值，否则表示栈的字节数。

>>> threading.stack_size()              # 读取栈的大小
0                                       # 0表示默认值
>>> threading.stack_size(1024*1024*2)   # 设定栈的大小为2M
0
>>> threading.stack_size()              # 查看目前栈的大小
2097152

该函数仅在 Windows 和支持 POSIX 的系统上有效。

5) 得到线程 ID：该值可以从线程对象的 ident 属性得到。如果线程处于“新建”状态，那么该属性值为 0。该 ID 值是循环使用的，如果某个线程退出，那么其原来使用的 ID 可能会分配给新的线程使用。

>>> a = threading.current_thread()                     # 得到当前线程的对象
>>> a                                                  # 查看线程对象
<_MainThread(MainThread, started 140735876817792)>
>>> a.ident                                            # 查看ID
140735876817792

6) 得到主线程——main_thread()：该函数仅在 Python 3.4 以及后面的版本中可用，在 Python 2 和早期的 Python 3 中是不存在的，其返回的是主线程实例对象。

>>> import threading
>>> threading.main_thread()
<_MainThread(MainThread, started 140735876817792)>

7) 超时时间TIMEOUT_MAX：在调用 Lock.acquire()、RLock.acquire() 时等待的默认时间，单位为秒。如果超过这个时间，调用返回错误码，不再继续等待。这个属性可读可写。

>>> threading.TIMEOUT_MAX                 # 得到超时时间，单位为秒
9223372036.0
>>> threading.TIMEOUT_MAX = 9223372038
>>> threading.TIMEOUT_MAX
9223372038

8) 得到线程列表——enumerate()：该函数返回一个列表，成员是 threading.Thread 的实例对象。

>>> import threading                                    # 引入线程库
>>> threading.enumerate()                               # 得到遍历线程的对象
[<_MainThread(MainThread, started 140735876817792)>]

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Python多线程和多进程
2021-12-10 23:40:26加入圈子

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条内容

进程是资源分配的单位，线程是操作系统能够调度的最小单位。
通常情况下，一个进程包括至少一个线程，如果有多个线程，其中包括一个主线程。同一个进程内的所有线程共享系统资源，但它们有各自独立的栈、寄存器环境和本地存储。
多线程的好处是可以同时执行多个任务，如果系统有多个计算单元，那么多个线程可以在各自的计算单元并行运行，这样可以极大提升系统的处理效率。
多数情况下进程比线程大，通常一个进程可以包含多个线程。进程的隔离效果比线程好，所以使用多进程会比使用多线程更加安全。多进程相对多线程的缺点是其调度比较重，效率比较低。

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