多线程

---

概念

进程是系统资源分配的单位，线程是cpu调度的单位。

一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。

threading 模块

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。

#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)

说明：

1. 可以明显看出使用了多线程并发的操作，花费时间要短很多
2. 创建好的线程，需要调用start()方法来启动
3. 主线程会等待所有的子线程结束后才结束

用类对 Thread 封装

定义一个新的子类 class，继承 threading.Thread，然后重写run方法。

#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) #name属性中保存的是当前线程的名字
            print(msg)


if __name__ == '__main__':
    t = MyThread()
    t.start()

说明：
每个线程一定会有一个名字，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。

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([blocking])
#释放
mutex.release()

优缺点：
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

避免死锁:

• 程序设计时要尽量避免（银行家算法）
• 添加超时时间

线程中的队列 Queue

可以通过队列，实现生产者消费者模式，来给生产者和消费者解耦。

#encoding=utf-8
import threading
import time

#python2中
from Queue import Queue

#python3中
# from queue import Queue

class Producer(threading.Thread):
    def run(self):
        global queue
        count = 0
        while True:
            if queue.qsize() < 1000:
                for i in range(100):
                    count = count +1
                    msg = '生成产品'+str(count)
                    queue.put(msg)
                    print(msg)
            time.sleep(0.5)

class Consumer(threading.Thread):
    def run(self):
        global queue
        while True:
            if queue.qsize() > 100:
                for i in range(3):
                    msg = self.name + '消费了 '+queue.get()
                    print(msg)
            time.sleep(1)


if __name__ == '__main__':
    queue = Queue()

    for i in range(500):
        queue.put('初始产品'+str(i))
    for i in range(2):
        p = Producer()
        p.start()
    for i in range(5):
        c = Consumer()
        c.start()

ThreadLocal

在多线程环境下，每个线程都有自己的数据。一个线程使用自己的局部变量比使用全局变量好，因为局部变量只有线程自己能看见，不会影响其他线程，而全局变量的修改必须加锁。

• 使用函数传参的方法
  但是局部变量也有问题，就是在函数调用的时候，传递起来很麻烦：

def process_student(name):
    std = Student(name)
    # std是局部变量，但是每个函数都要用它，因此必须传进去：
    do_task_1(std)
    do_task_2(std)

def do_task_1(std):
    do_subtask_1(std)
    do_subtask_2(std)

def do_task_2(std):
    do_subtask_2(std)
    do_subtask_2(std)

每个函数一层一层调用都这么传参数那还得了？用全局变量？也不行，因为每个线程处理不同的Student对象，不能共享。

• 使用全局字典的方法
  如果用一个全局dict存放所有的Student对象，然后以thread自身作为key获得线程对应的Student对象如何？

global_dict = {}

def std_thread(name):
    std = Student(name)
    # 把std放到全局变量global_dict中：
    global_dict[threading.current_thread().name] = std
    do_task_1()
    do_task_2()

def do_task_1():
    # 不传入std，而是根据当前线程查找：
    std = global_dict[threading.current_thread().name]
    ...

def do_task_2():
    # 任何函数都可以查找出当前线程的std变量：
    std = global_dict[threading.current_thread().name]
    ...

这种方式理论上是可行的，它最大的优点是消除了std对象在每层函数中的传递问题，但是，每个函数获取std的代码有点low。

有没有更简单的方式？

• 使用ThreadLocal的方法

ThreadLocal应运而生，不用查找dict，ThreadLocal帮你自动做这件事：

import threading

# 创建全局ThreadLocal对象:
local_school = threading.local()

def process_student():
    # 获取当前线程关联的student:
    std = local_school.student
    print('Hello, %s (in %s)' % (std, threading.current_thread().name))

def process_thread(name):
    # 绑定ThreadLocal的student:
    local_school.student = name
    process_student()

t1 = threading.Thread(target= process_thread, args=('dongGe',), name='Thread-A')
t2 = threading.Thread(target= process_thread, args=('老王',), name='Thread-B')
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

执行结果：

Hello, dongGe (in Thread-A)
Hello, 老王 (in Thread-B)

说明:
全局变量local_school就是一个ThreadLocal对象，每个Thread对它都可以读写student属性，但互不影响。你可以把local_school看成全局变量，但每个属性如local_school.student都是线程的局部变量，可以任意读写而互不干扰，也不用管理锁的问题，ThreadLocal内部会处理。

可以理解为全局变量local_school是一个dict，不但可以用local_school.student，还可以绑定其他变量，如local_school.teacher等等。

ThreadLocal最常用的地方就是为每个线程绑定一个数据库连接，HTTP请求，用户身份信息等，这样一个线程的所有调用到的处理函数都可以非常方便地访问这些资源。

GIL（全局解释器锁）

• 通过加载 C 语言动态库，解决 GIL 问题

# loop.c


void DeadLoop()
{
    while(1)
    {
        ;
    }
}

把一个 c 语言文件编译成一个动态库的命令(linux 平台下)：
gcc xxx.c -shared -o libxxxx.so。
这里，用gcc loop.c -shared -o libdeadloop.so生成动态库，然后在 py 文件里加载该动态库。

# main.py


from ctypes import *
from threading import Thread

# 加载动态库
lib = cdll.LoadLibrary("./libdeadloop.so")

# 创建一个子线程，让其执行C语言编写的函数，此函数是一个死循环
t = Thread(target=lib.DeadLoop)
t.start()

# 主线程
while True:
    pass