Python多线程学习(二)

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使用 threading 模块创建线程

可以通过从 threading.Thread 继承创建一个新的子类,并实例化后调用 start() 方法启动新线程,即它调用了线程的 run() 方法。

实战(Python3环境)

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, delay):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.delay = delay
    def run(self):
        print("开始线程:" + self.name)
        print_time(self.name, self.delay, 5)
        print("退出线程:" + self.name)
        
def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print("%s: %s" %(threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1
t1 = MyThread(1, "t1", 1)
t2 = MyThread(2, "t2", 2)
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
print ("退出主线程")  

运行结果:

开始线程:t1
开始线程:t2
t1: Sat Jul  6 15:44:58 2019
t2: Sat Jul  6 15:44:59 2019
t1: Sat Jul  6 15:44:59 2019
t1: Sat Jul  6 15:45:00 2019
t2: Sat Jul  6 15:45:01 2019
t1: Sat Jul  6 15:45:01 2019
t1: Sat Jul  6 15:45:02 2019
退出线程:t1
t2: Sat Jul  6 15:45:03 2019
t2: Sat Jul  6 15:45:05 2019
t2: Sat Jul  6 15:45:07 2019
退出线程:t2
退出主线程

线程同步

如果多个线程共同对某个数据进行修改,则可能出现不可预料的结果,为了保证数据的正确性,需要对多个线程进行同步。 使用 Thread 对象的 LockRlock 可以实现简单的线程同步,这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法,对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据,可以将其操作放到 acquirerelease 方法之间。

实战(Python3环境)

from threading import Lock, Thread
lock = Lock()
g = 0
# global 加1
def add_one():
    global g
    lock.acquire()
    g += 1
    lock.release()
    
# global 加2    
def add_two():
    global g
    lock.acquire()
    g += 2
    lock.release()
    
threads = []
for func in [add_one, add_two]:
    threads.append(Thread(target = func))
    threads.append(Thread(target = func))
for t in threads:
    t.start()
    t.join()
print(g)

运行结果

6
  • Python 多线程编程,容易发生数据读写冲突,必须用锁加以隔离,又要小心死锁的发生。

多核 CPU

WindowsTask Manager 中可以监控某个进程的 CPU 使用率。一般每一个死循环线程会 100% 占用一个 CPU。如果有两个死循环线程,在多核 CPU 中,可以监控到会占用 200% 的 CPU,也就是占用两个 CPU 核心。要想把 NCPU 的核心全部跑满,就必须启动 N 个死循环线程。但是 Python 却不是这样的。

实战(Python3环境)

import threading, multiprocessing

def loop():
    x = 0
    while True:
        x = x + 1
        print(x)

for i in range(multiprocessing.cpu_count()):
    t = threading.Thread(target=loop)
    t.start()

运行结果:

0
1
20
1
2
3
...
  • multiprocessing.cpu_count() 可以获得 CPU 的核数,我的计算机核数是 4,理论上应该占用了 400%,但是实际上通过 活动监视器可以发现是只有 100.6%,仅用了一核的样子。

  • 因为 Python 的线程虽然是真正的线程,但解释器执行代码时,有一个 GIL 锁:Global Interpreter Lock,任何 Python 线程执行前,必须先获得 GIL 锁,然后,每执行 100 条字节码,解释器就自动释放 GIL 锁,让别的线程有机会执行。

  • 这个 GIL 全局锁实际上把所有线程的执行代码都给上了锁,所以多线程在 Python 中只能交替执行,即使 100 个线程跑在 100CPU 上,也只能用到 1 个核。Python 解释器由于设计时有 GIL 全局锁,导致了多线程无法利用多核。多线程的并发 Python 中就是一个美丽的梦。

  • GILPython 解释器设计的历史遗留问题,通常我们用的解释器是官方实现的 CPython ,要真正利用多核,除非重写一个不带 GIL 的解释器。

  • 所以在 Python 中,可以使用多线程,但不要指望能有效利用多核。如果一定要通过多线程利用多核,那只能通过 C 扩展来实现,不过这样就失去了 Python 简单易用的特点。

  • 不过也不用过于担心,Python 虽然不能利用多线程实现多核任务,但可以通过多进程实现多核任务。多个 Python 进程有各自独立的 GIL 锁,互不影响。

线程优先级队列(Queue)

  • Python 的 Queue 模块中提供了同步的、线程安全的队列类,包括FIFO(先入先出)队列 QueueLIFO(后入先出)队列 LifoQueue,和优先级队列 PriorityQueue

  • 这些队列都实现了锁原语,能够在多线程中直接使用,可以使用队列来实现线程间的同步。

实战(Python3环境)

import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, q):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.q = q
    def run(self):
        print ("开启线程:" + self.name)
        process_data(self.name, self.q)
        print ("退出线程:" + self.name)

def process_data(threadName, q):
    while not exitFlag:
        queueLock.acquire()
        if not workQueue.empty():
            data = q.get()
            queueLock.release()
            print ("%s processing %s" % (threadName, data))
        else:
            queueLock.release()
        time.sleep(1)

threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
queueLock = threading.Lock()
workQueue = queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1

# 创建新线程
for tName in threadList:
    thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    thread.start()
    threads.append(thread)
    threadID += 1

# 填充队列
queueLock.acquire()
for word in nameList:
    workQueue.put(word)
queueLock.release()

# 等待队列清空
while not workQueue.empty():
    pass

# 通知线程是时候退出
exitFlag = 1

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print ("退出主线程")

运行结果:

开启线程:Thread-1
开启线程:Thread-2
开启线程:Thread-3
Thread-3 processing One
Thread-2 processing Two
Thread-1 processing Three
Thread-3 processing Four
Thread-2 processing Five
退出线程:Thread-3
退出线程:Thread-1
退出线程:Thread-2
退出主线程

本文参考:

菜鸟:www.runoob.com/python3/pyt… 廖雪峰:www.liaoxuefeng.com/wiki/101695…

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