Detaillierte Einführung in Python-Multithreading (Codebeispiel)

Dieser Artikel bietet Ihnen eine detaillierte Einführung (Codebeispiel) zum Thema Python-Multithreading. Ich hoffe, dass er Ihnen als Referenz dienen wird.

globale Interpretersperre (cpython)

Nur ​​ein Thread läuft auf einer CPU und führt gleichzeitig Bytecode aus (mehrere Threads können nicht mehreren CPUs zugeordnet werden)

import dis

def add(a):
    a = a + 1
    return a
print(dis.dis(add))

GIL wird in einigen Fällen freigegeben

Die Ergebnisse sind jedes Mal unterschiedlich. Sicherheitsprobleme zwischen Threads

GIL wird basierend auf der Anzahl der ausgeführten direkten Codezeilen oder Zeitscheiben freigegeben. Release GIL

Bei E/A-Vorgängen aktiv freigeben

total = 0

def add():
    #1. dosomething1
    #2. io操作
    # 1. dosomething3
    global total
    for i in range(1000000):
        total += 1
def desc():
    global total
    for i in range(1000000):
        total -= 1

import threading
thread1 = threading.Thread(target=add)
thread2 = threading.Thread(target=desc)
thread1.start()
thread2.start()

thread1.join()
thread2.join()
print(total)

Multithread-Programmierung

Die kleinste Einheit, die das Betriebssystem planen kann, ist der Prozess, da der Prozess viel System verbraucht Die Ressourcen sind groß, sodass sich daraus später Threads entwickeln, die tatsächlich von unseren Prozessen abhängen (was wir tatsächlich im Task-Manager sehen können). Die kleinste Einheit, die das Betriebssystem planen kann.

Bei der Programmierung, die sich auf E/A-Operationen konzentriert, ist der Leistungsunterschied zwischen Multi-Prozess- und Multi-First-Ausgabe nicht groß. Die Leistung von Multi-Threading ist sogar höher als die von Multi-Prozess, da Multi-Threaded Die Programmierung ist einfacher.

Einfacher Thread

import time
from threading import Thread


def get_detail_html(url):
    print("get detail html started")
    time.sleep(2)
    print("get detail html end")


def get_detail_url(url):
    print("get detail url started")
    time.sleep(4)
    print("get detail url end")


if __name__ == '__main__':
    thread1 = Thread(target=get_detail_html, args=("",))
    thread2 = Thread(target=get_detail_url, args=("",))
    # 设置为守护线程 当主线程运行完时 子线程被kill掉
    thread1.setDaemon(True)
    thread2.setDaemon(True)
    start_time = time.time()
    thread1.start()
    thread2.start()

    # 设置为阻塞 等待线程运行完再关闭主线程
    thread1.join()
    thread2.join()
    # 默认情况下 主线程退出与时 子线程不会被kill掉
    print("last time: {}".format(time.time() - start_time))

Überladener Thread zur Implementierung von Multithreading

import time
import threading

def get_detail_html(url):
    print("get detail html started")
    time.sleep(2)
    print("get detail html end")


def get_detail_url(url):
    print("get detail url started")
    time.sleep(4)
    print("get detail url end")


#2. 通过集成Thread来实现多线程
class GetDetailHtml(threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name=name)

    def run(self):
        print("get detail html started")
        time.sleep(2)
        print("get detail html end")


class GetDetailUrl(threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name=name)

    def run(self):
        print("get detail url started")
        time.sleep(4)
        print("get detail url end")

if  __name__ == "__main__":
    thread1 = GetDetailHtml("get_detail_html")
    thread2 = GetDetailUrl("get_detail_url")
    start_time = time.time()
    thread1.start()
    thread2.start()

    thread1.join()
    thread2.join()

    #当主线程退出的时候， 子线程kill掉
    print ("last time: {}".format(time.time()-start_time))

Kommunikation zwischen Multi-Threads

Warteschlange verwenden

# filename: thread_queue_test.py
# 通过queue的方式进行线程间同步
from queue import Queue
import time
import threading


def get_detail_html(queue):
    # 死循环 爬取文章详情页
    while True:
        url = queue.get()
        # for url in detail_url_list:
        print("get detail html started")
        time.sleep(2)
        print("get detail html end")


def get_detail_url(queue):
    # 死循环 爬取文章列表页
    while True:
        print("get detail url started")
        time.sleep(4)
        for i in range(20):
            # put 等到有空闲位置 再放入
            # put_nowait 非阻塞方式
            queue.put("http://projectsedu.com/{id}".format(id=i))
        print("get detail url end")


# 1. 线程通信方式- 共享变量
if __name__ == "__main__":
    detail_url_queue = Queue(maxsize=1000)

    thread_detail_url = threading.Thread(target=get_detail_url, args=(detail_url_queue,))
    for i in range(10):
        html_thread = threading.Thread(target=get_detail_html, args=(detail_url_queue,))
        html_thread.start()

    start_time = time.time()
    # 调用task_down从主线程退出
    detail_url_queue.task_done()
    # 从queue的角度阻塞
    detail_url_queue.join()

    print("last time: {}".format(time.time() - start_time))

Thread Synchronisierungsprobleme

Probleme, die bei der Multithread-Programmierung auftreten müssen

Der Grund, warum keine Sperre unsicher ist

# 没有锁
def add1(a):
    a += 1

def desc1(a):
    a -= 1

"""add
1. load a  a = 0
2. load 1  1
3. +    1
4. 赋值给a a=1
"""

"""add
1. load a  a = 0
2. load 1  1
3. -    1
4. 赋值给a a=-1
"""
import dis
print(dis.dis(add1))
print(dis.dis(desc1))

Gewöhnliche Sperre (Sperre)

Verwenden Sperren beeinträchtigen die Leistung und Sperren verursachen einen Deadlock (die Sperre wird zweimal erworben, sie wird nach dem Erwerb der Sperre nicht freigegeben, aufeinander gewartet (a benötigt die Ressourcen von b und b benötigt die Ressourcen von a))

import threading
from threading import Lock

total = 0
# 定义一把锁
lock = Lock()
def add():
    global total
    global lock
    for i in range(1000000):
        # 获取锁
        lock.acquire()
        total += 1
        # 释放锁
        lock.release()

def desc():
    global total
    for i in range(1000000):
        lock.acquire()
        total -= 1
        lock.release()

thread1 = threading.Thread(target=add)
thread2 = threading.Thread(target=desc)
thread1.start()
thread2.start()

thread1.join()
thread2.join()
print(total)

Auf jeden warten andere (Ressourcen Wettbewerb)

"""
A(a、b)
acquire (a)
acquire (b)

B(a、b)
acquire (b)
acquire (a)

# 解决办法
B(a、b)
acquire (a)
acquire (b)
"""

Wiedereintrittssperre (Rlock)

import threading
from threading import RLock

total = 0
# 可重入锁 可以在同一个线程中可载入多次
lock = RLock()
def add(lock):
    global total
    for i in range(1000000):
        # 获取锁
        lock.acquire()
        lock.acquire()
        total += 1
        do_something(lock)
        # 释放锁
        lock.release()
        lock.release()

def desc():
    global total
    for i in range(1000000):
        lock.acquire()
        total -= 1
        lock.release()

def do_something(lock):
    lock.acquire()
    # do something
    lock.release()

thread1 = threading.Thread(target=add)
thread2 = threading.Thread(target=desc)
thread1.start()
thread2.start()

thread1.join()
thread2.join()
print(total)

Bedingungsvariablensperre (Bedingung)

Für komplexe Inter-Thread-Synchronisation

# 没有条件锁 不能实现对话
import threading


class XiaoAi(threading.Thread):
   def __init__(self, lock):
       super().__init__(name="小爱")
       self.lock = lock

   def run(self):
       self.lock.acquire()
       print("{} : 在 ".format(self.name))
       self.lock.release()

       self.lock.acquire()
       print("{} : 好啊 ".format(self.name))
       self.lock.release()


class TianMao(threading.Thread):
   def __init__(self, lock):
       super().__init__(name="天猫精灵")
       self.lock = lock

   def run(self):
       self.lock.acquire()
       print("{} : 小爱同学 ".format(self.name))
       self.lock.release()

       self.lock.acquire()
       print("{} : 我们来对古诗吧 ".format(self.name))
       self.lock.release()


if __name__ == "__main__":
   cond = threading.Condition()
   xiaoai = XiaoAi(cond)
   tianmao = TianMao(cond)

   xiaoai.start()
   tianmao.start()

# 条件锁
import threading


class XiaoAi(threading.Thread):
    def __init__(self, cond):
        super().__init__(name="小爱")
        self.cond = cond

    def run(self):
        with self.cond:
            self.cond.wait()
            print("{} : 在 ".format(self.name))
            self.cond.notify()

            self.cond.wait()
            print("{} : 好啊 ".format(self.name))
            self.cond.notify()

            self.cond.wait()
            print("{} : 君住长江尾 ".format(self.name))
            self.cond.notify()

            self.cond.wait()
            print("{} : 共饮长江水 ".format(self.name))
            self.cond.notify()

            self.cond.wait()
            print("{} : 此恨何时已 ".format(self.name))
            self.cond.notify()

            self.cond.wait()
            print("{} : 定不负相思意 ".format(self.name))
            self.cond.notify()

class TianMao(threading.Thread):
    def __init__(self, cond):
        super().__init__(name="天猫精灵")
        self.cond = cond

    def run(self):
        with self.cond:
            print("{} : 小爱同学 ".format(self.name))
            self.cond.notify()
            self.cond.wait()

            print("{} : 我们来对古诗吧 ".format(self.name))
            self.cond.notify()
            self.cond.wait()

            print("{} : 我住长江头 ".format(self.name))
            self.cond.notify()
            self.cond.wait()

            print("{} : 日日思君不见君 ".format(self.name))
            self.cond.notify()
            self.cond.wait()

            print("{} : 此水几时休 ".format(self.name))
            self.cond.notify()
            self.cond.wait()

            print("{} : 只愿君心似我心 ".format(self.name))
            self.cond.notify()
            self.cond.wait()



if __name__ == "__main__":
    from concurrent import futures
    cond = threading.Condition()
    xiaoai = XiaoAi(cond)
    tianmao = TianMao(cond)

    # 启动顺序很重要
    # 在调用with cond之后才能调用wait或者notify方法
    # condition有两层锁， 一把底层锁会在线程调用了wait方法的时候释放，
    # 上面的锁会在每次调用wait的时候分配一把并放入到cond的等待队列中，
    # 等到notify方法的唤醒
    xiaoai.start()
    tianmao.start()

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