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python多任务-线程

python多任务-线程

作者: N33_LvQing | 来源:发表于2019-01-08 10:28 被阅读0次

    python的thread模块是比较底层的模块,python的threading模块是对thread做了一些包装的,可以更加方便的被使用

    查看线程数量

    #coding=utf-8
    import threading
    from time import sleep,ctime
    
    def sing():
        for i in range(3):
            print("正在唱歌...%d"%i)
            sleep(1)
    
    def dance():
        for i in range(3):
            print("正在跳舞...%d"%i)
            sleep(1)
    
    if __name__ == '__main__':
        print('---开始---:%s'%ctime())
    
        t1 = threading.Thread(target=sing)
        t2 = threading.Thread(target=dance)
    
        t1.start()
        t2.start()
    
        while True:
            length = len(threading.enumerate())
            print('当前运行的线程数为:%d'%length)
            if length<=1:
                break
    
            sleep(0.5)
    

    结果

    ---开始---:Thu Dec 27 11:22:19 2018
    正在唱歌...0
    正在跳舞...0
    当前运行的线程数为:3
    当前运行的线程数为:3
    正在唱歌...1
    正在跳舞...1
    当前运行的线程数为:3
    当前运行的线程数为:3
    正在唱歌...2
    正在跳舞...2
    当前运行的线程数为:3
    当前运行的线程数为:3
    当前运行的线程数为:1
    

    当调用Thread的时候不会创建线程只是创建了一个对象,只有在调用start的时候才会创建
    通过使用threading模块能完成多任务的程序开发,为了让每个线程的封装性更完美,所以使用threading模块时,往往会定义一个新的子类class,只要继承threading.Thread就可以了,然后重写run方法,这里调用start其实就是调用了Thread的run方法。

    • python的threading.Thread类有一个run方法,用于定义线程的功能函数,可以在自己的线程类中覆盖该方法。而创建自己的线程实例后,通过Thread类的start方法,可以启动该线程,交给python虚拟机进行调度,当该线程获得执行的机会时,就会调用run方法执行线程。
    #coding=utf-8
    import threading
    import time
    
    class MyThread(threading.Thread):
        def run(self):
            for i in range(3):
                time.sleep(1)
                msg = "I'm "+self.name+' @ '+str(i)
                print(msg)
    def test():
        for i in range(5):
            t = MyThread()
            t.start()
    if __name__ == '__main__':
        test()
    

    执行结果:

    I'm Thread-1 @ 0
    I'm Thread-3 @ 0
    I'm Thread-2 @ 0
    I'm Thread-4 @ 0
    I'm Thread-5 @ 0
    I'm Thread-1 @ 1
    I'm Thread-3 @ 1
    I'm Thread-2 @ 1
    I'm Thread-4 @ 1
    I'm Thread-5 @ 1
    I'm Thread-1 @ 2
    I'm Thread-2 @ 2
    I'm Thread-3 @ 2
    I'm Thread-4 @ 2
    I'm Thread-5 @ 2
    

    从代码和执行结果我们可以看出,多线程程序的执行顺序是不确定的。当执行到sleep语句时,线程将被阻塞(Blocked),到sleep结束后,线程进入就绪(Runnable)状态,等待调度。而线程调度将自行选择一个线程执行。上面的代码中只能保证每个线程都运行完整个run函数,但是线程的启动顺序、run函数中每次循环的执行顺序都不能确定。

    总结
    1、每个线程默认有一个名字,尽管上面的例子中没有指定线程对象的name,但是python会自动为线程指定一个名字。
    2、当线程的run()方法结束时该线程完成。
    3、无法控制线程调度程序,但可以通过别的方式来影响线程调度的方式

    互斥锁

    当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候,需要进行同步控制。线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源,最简单的同步机制是引入互斥锁。互斥锁为资源引入一个状态:锁定/非锁定

    某个线程要更改共享数据时,先将其锁定,此时资源的状态为“锁定”,其他线程不能更改;直到该线程释放资源,将资源的状态变成“非锁定”,其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作,从而保证了多线程情况下数据的正确性。

    threading模块中定义了Lock类,可以方便的处理锁定:

    # 创建锁
    mutex = threading.Lock()
    
    # 锁定
    mutex.acquire()
    
    # 释放
    mutex.release()
    

    注意:
    如果这个锁之前是没有上锁的,那么acquire不会堵塞
    如果在调用acquire对这个锁上锁之前 它已经被 其他线程上了锁,那么此时acquire会堵塞,直到这个锁被解锁为止

    import threading
    import time
    
    g_num = 0
    
    def test1(num):
        global g_num
        for i in range(num):
            #如果之前没被上锁,那么上锁成功
            #如果之前已经被上锁了,那么会堵塞在这里,直到这个锁被解开
            mutex.acquire()  # 上锁
            g_num += 1
            mutex.release()  # 解锁
    
        print("---test1---g_num=%d"%g_num)
    
    def test2(num):
        global g_num
        for i in range(num):
            mutex.acquire()  # 上锁
            g_num += 1
            mutex.release()  # 解锁
    
        print("---test2---g_num=%d"%g_num)
    
    # 创建一个互斥锁
    # 默认是未上锁的状态
    mutex = threading.Lock()
    
    # 创建2个线程,让他们各自对g_num加1000000次
    p1 = threading.Thread(target=test1, args=(1000000,))
    p1.start()
    
    p2 = threading.Thread(target=test2, args=(1000000,))
    p2.start()
    
    # 等待计算完成
    while len(threading.enumerate()) != 1:
        time.sleep(1)
    
    print("2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:%s" % g_num)
    

    运行结果

    ---test1---g_num=1000000
    
    ---test2---g_num=2000000
    
    2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:2000000
    

    第一个线程上锁直到执行完之后才到第二个线程继续执行。 上锁的位置不同,产生的效果也会不同,如果将子线程对数据操作的代码进行上锁,则两个线程将交叉对数据进行操作,修改示例如下

      for i in range(num):
            mutex.acquire()  # 上锁
            g_num += 1
            mutex.release()  # 解锁
    

    运行结果:

    ---test2---g_num=1768428
    ---test1---g_num=2000000
    2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:2000000
    

    上锁解锁过程
    当一个线程调用锁的acquire()方法获得锁时,锁就进入“locked”状态。
    每次只有一个线程可以获得锁。如果此时另一个线程试图获得这个锁,该线程就会变为“blocked”状态,称为“阻塞”,直到拥有锁的线程调用锁的release()方法释放锁之后,锁进入“unlocked”状态。
    线程调度程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁,并使得该线程进入运行(running)状态。

    总结
    锁的好处:

    • 确保了某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地执行

    锁的坏处:

    • 阻止了多线程并发执行,包含锁的某段代码实际上只能以单线程模式执行,效率就大大地下降了
    • 由于可以存在多个锁,不同的线程持有不同的锁,并试图获取对方持有的锁时,可能会造成死锁

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