进程线程和协程一

前引

**回到老生常谈的问题什么是进程什么线程什么又是协程，每个编程语言里虽然名词一样但是实际意义多多少少又又一些不同，借着今天想写文章的冲动，浅谈一下自己的理解，如果有不对的还请指出

进程

先谈一下进程，顾名思义在进程，线程和协程里面 这个进程在宏观意义上来说可以是最大的了，你可以把它想象成一个*执行程序*有自己的pid,如任务管理器里的每个启动的程序都可以看成是进程。

那除了宏观肯定也有微观，比如对一个值进行读取修改的操作都可以看作是一个进程，比如

    str  = 'dada'
    a = str
    str = a.split('d')
    print(str)

这种都是属于进程操作，那抛出一个官方的定义 所有的$\color{green}{CPU密集型任务*}$*都属于进程

什么是CPU密集型任务

1、复杂的数学计算

2、加密和解密

3、机器学习

4、值的读取修改和回写

$\color{green}{因此只要是满足上面任意一个我们都可以把它看成CPU密集型任务->进程}$

线程

线程要比进程小，一个进程里面可能是有多个线程来构成，线程是IO密集型任务 那线程程之间呢可能又分为主线程和子线程，

什么是IO密集型任务

1、文件的读写操作

2、网络请求

3、数据库操作

4、sleep操作

ps:读取，响应，修改是CPU密集型（占用CPU计算）,等待、获取结果是IO密集型（占用时间等待IO）

接下来让我们先看一个经典的线程代码

from threading import Thread
import time

total_money = 200

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    global total_money
    print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
    if total_money:
        print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
        total_money = round(total_money - sp_money, 2)
        print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))
    print("\n构建完线程")
    
    for i in [t1, t2, t3]:
        i.start()
    print("\n构建完线程,在join前打印")
    
    for i in range(3):
        t1.join()
        t2.join()
        t3.join()
    print("\n构建完线程,在join后打印")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2))

打印结果如下

抛出疑问

• start是干啥的
• join是干啥的
• 为啥结果最后打印的 账号余额是0，我们不是启动了3个线程吗？按照固定思维来说不应该是-100才能体现出线程的作用吗?

ok,我们来一个一个解释

start

我们先改造一下上述代码去掉start和join看是什么样的

from threading import Thread
import time

total_money = 200

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    global total_money
    print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
    if total_money:
        print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
        total_money = round(total_money - sp_money, 2)
        print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))
    print("\n构建完线程")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2

打印结果如下

看起来不加start的话t1，t2，t3 3个子线程都没有执行，倒是有打印主线程的数据如

• 构建完线程
• main函数执行结束
• 总耗时

那我们加上start继续看

from threading import Thread
import time

total_money = 200

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    global total_money
    print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
    if total_money:
        print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
        total_money = round(total_money - sp_money, 2)
        print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))
    
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()
    
    print("\n构建完线程")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2

打印结果如下

综上得出结论

• start关键字是启动子线程
• start关键字不会阻塞主进程（类似河流分叉-子进程执行子进程，主进程执行主进程的，主进程即使执行完，子进程也会继续执行）

但是只有start的话肯定是不满足我们使用的，比如我们主进程需要等子进程执行完才会执行。

join

继续完善上面只有start的代码

from threading import Thread
import time

total_money = 200

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    global total_money
    print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
    if total_money:
        print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
        total_money = round(total_money - sp_money, 2)
        print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))

    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()

    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()

    print("\n构建完线程")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2))

打印结果如下

综上得出结论

• join需要和strat成对出现
• join会阻塞当前主线程。
• 被join的子线程执行完，会继续执行主线程

为啥打印余额是0

不知道你还记不记得我们在进行if判断的时候，我们是有一个sleep的操作的,

很关键的一步，那我们先后启动了3个子线程，t1.start,，t2.start,，t3.start,当子线程执行到sleep这步时，线程1，线程2，线程3都在这个地方停了下来，也就是在1s内这个地方可能聚集了3个子线程，然后睡眠时间结束，t1，t2，t3开始继续向下执行。（这里不引入gli的概念（即一个进程会有一个gli锁，也就是同一时间同一行代码只有一个线程可以执行）） 那我t1先进行逻辑判断，total_money首次肯定是通过的，进行一次减法运算，total_money最后是100，这个时候可能t2也进行了判断，total_money是100也通过，再次进行一次减法运算，total_money最后是0，这个时候可能t3也进行了判断，total_money是0，所以不会通过 最后结果打印是** 0**，当然这个是理想状态，且if逻辑很短，所以出现了逻辑结束，下一个子线程还没开始进入内部逻辑运算的场景

修改代码

from threading import Thread
import time

total_money = 200

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    global total_money
    print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
    if total_money:
        time.sleep(1)#只是增加了这步
        print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
        total_money = round(total_money - sp_money, 2)
        print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))

    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()

    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()

    print("\n构建完线程")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2))

改动内容

打印结果如下

这里代码只是加了一个sleep,为啥余额变成负数了呢？ 按照上面现象的解释对照分析，第一个sleep聚齐了3个子线程，第一个子线程sleep结束，向里执行首次total_money是200，肯定是通过的，这个时候又遇到了sleep,所以继续睡眠。那这个时候第二个线程sleep也结束了，因为第一个线程还在睡眠肯定是还没有修改total_money的，所以total_money也是200，也进入了if里面，又碰到了sleep，所以也继续睡眠，第三个同理。最后也即是在里面的sleep又聚集了3个子线程，然后3个子线程依次唤醒，依次进行减100的操作，最后得出 total_money是-100，ps:代码里的sleep主要是为了增加耗时，实际场景可能是任意操作。

线程锁

所以针对多线程的操作，为了保证数据的正确性我们需要加上线程锁（lock）

代码如下

from threading import Thread, Lock
import time

total_money = 200

l = Lock()

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    l.acquire()  # 上锁
    global total_money
    print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
    if total_money:
        time.sleep(1)  # 只是增加了这步
        print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
        total_money = round(total_money - sp_money, 2)
        print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    l.release()  # 释放锁
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))

    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()

    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()

    print("\n构建完线程")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2))

上面代码呢主要是在代码执行逻辑那里加了lock.acquire()和lock.release()

执行结果

可以看到我们加了lock以后，账号余额是没有变成负数的了，说明在子线程相互竞争的时候，由于上了锁，只会通过一个，但是lock使用需要手动acquire和lock，基于这个我们可以使用一下with,

优化代码如下

from threading import Thread, Lock
import time

total_money = 200

l = Lock()

def speed_money(name: str, sp_money: int):
    time.sleep(1)
    with l:  # 使用 with 语句来自动加锁和释放锁
        global total_money
        print(f"\n当前线程是{name},准备取{sp_money}元,开始检测余额是否充足")
        if total_money:
            time.sleep(1)  # 只是增加了这步
            print(f"\n当前线程是{name}，余额充足为{total_money}，开始取钱")
            total_money = round(total_money - sp_money, 2)
            print(f"\n当前线程是{name}，已经取了{sp_money},账号余额{total_money}")
    return total_money

def main():
    # 构建线程
    t1 = Thread(target=speed_money, args=("第一个线程", 100))
    t2 = Thread(target=speed_money, args=("第二个线程", 100))
    t3 = Thread(target=speed_money, args=("第三个线程", 100))

    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()

    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()

    print("\n构建完线程")

if __name__ == '__main__':
    start_time = time.time()
    main()
    print("\nmain函数执行结束")
    end_time = time.time()
    print("\n总耗时", round(end_time - start_time, 2))

改动内容

执行结果