其實建立執行緒之後,執行緒並不是總是保持一個狀態的,其狀態大概如下:
New 建立
Runnable 就緒。等待調度
Running 運行
Blocked 阻塞。阻塞可能在 Wait Locked Sleeping
Dead 消亡
線程有著不同的狀態,也有不同的類型。大致可分為:
主執行緒
子執行緒
守護執行緒(後台執行緒)
前台執行緒
簡單了解完這些之後,我們開始看看具體的程式碼使用了。
1、執行緒的建立
Python 提供兩個模組進行多執行緒的操作,分別是thread 和threading
前者是比較低階的模組,用於更底層的操作,一般應用層級的開發不常用。
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: UTF-8 -*- import time import threading class MyThread(threading.Thread): def run(self): for i in range(5): print('thread {}, @number: {}'.format(self.name, i)) time.sleep(1) def main(): print("Start main threading") # 创建三个线程 threads = [MyThread() for i in range(3)] # 启动三个线程 for t in threads: t.start() print("End Main threading") if __name__ == '__main__': main()
運行結果:
Start main threading thread Thread-1, @number: 0 thread Thread-2, @number: 0 thread Thread-3, @number: 0 End Main threading thread Thread-2, @number: 1 thread Thread-1, @number: 1 thread Thread-3, @number: 1 thread Thread-1, @number: 2 thread Thread-3, @number: 2 thread Thread-2, @number: 2 thread Thread-2, @number: 3 thread Thread-3, @number: 3 thread Thread-1, @number: 3 thread Thread-3, @number: 4 thread Thread-2, @number: 4 thread Thread-1, @number: 4
注意喔,這裡不同的環境輸出的結果肯定是不一樣的。
2、執行緒合併(join方法)
上面的範例列印出來的結果來看,主執行緒結束後,子執行緒還在運行。那我們需要主執行緒要等待子執行緒運行完後,再退出,該怎麼辦呢?
這時候,就需要用到 join 方法了。
在上面的例子,新增一段程式碼,具體如下:
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: UTF-8 -*- import time import threading class MyThread(threading.Thread): def run(self): for i in range(5): print('thread {}, @number: {}'.format(self.name, i)) time.sleep(1) def main(): print("Start main threading") # 创建三个线程 threads = [MyThread() for i in range(3)] # 启动三个线程 for t in threads: t.start() # 一次让新创建的线程执行 join for t in threads: t.join() print("End Main threading") if __name__ == '__main__': main()
從列印的結果,可以清楚看到,相較於上面範例列印出來的結果,主執行緒是在等待子執行緒運行結束後才結束的。
Start main threading thread Thread-1, @number: 0 thread Thread-2, @number: 0 thread Thread-3, @number: 0 thread Thread-1, @number: 1 thread Thread-3, @number: 1 thread Thread-2, @number: 1 thread Thread-2, @number: 2 thread Thread-1, @number: 2 thread Thread-3, @number: 2 thread Thread-2, @number: 3 thread Thread-1, @number: 3 thread Thread-3, @number: 3 thread Thread-3, @number: 4 thread Thread-2, @number: 4 thread Thread-1, @number: 4 End Main threading
3、執行緒同步與互斥鎖
使用執行緒載入取得數據,通常都會造成資料不同步的情況。當然,這時候我們可以為資源加鎖,也就是存取資源的執行緒需要獲得鎖才能存取。
其中 threading 模組給了我們一個 Lock 功能。
lock = threading.Lock()
在線程中獲取鎖定
lock.acquire()
使用完成後,我們肯定需要釋放鎖定
lock.release()
當然為了支援在同一線程中多次請求相同資源,Python 提供了可重入鎖(RLock)。 RLock 內部維護一個 Lock 和一個 counter 變量,counter 記錄了 acquire 的次數,從而使得資源可以被多次 require。直到一個線程所有的 acquire 都被 release,其他的線程才能獲得資源。
那麼怎麼建立重入鎖呢?也是一句程式碼的事情:
r_lock = threading.RLock()
4、Condition 條件變數
實用鎖定可以達到執行緒同步,但是在更複雜的環境,需要針對鎖定進行一些條件判斷。 Python 提供了 Condition 物件。使用 Condition 物件可以在某些事件觸發或達到特定的條件後才處理數據,Condition 除了具有 Lock 物件的 acquire 方法和 release 方法外,還提供了 wait 和 notify 方法。執行緒首先 acquire 一個條件變數鎖。如果條件不足,則該線程 wait,如果滿足就執行線程,甚至可以 notify 其他線程。其他處於 wait 狀態的執行緒接到通知後會重新判斷條件。
其中條件變數可以看成不同的線程先後 acquire 獲得鎖,如果不滿足條件,可以理解為被扔到一個( Lock 或 RLock )的 waiting 池。直達其他執行緒 notify 之後再重新判斷條件。不斷的重複這個過程,從而解決複雜的同步問題。
此模式常用於生產者消費者模式,請看以下線上購物買家和賣家的範例:
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: UTF-8 -*- import threading, time class Consumer(threading.Thread): def __init__(self, cond, name): # 初始化 super(Consumer, self).__init__() self.cond = cond self.name = name def run(self): # 确保先运行Seeker中的方法 time.sleep(1) self.cond.acquire() print(self.name + ': 我这两件商品一起买,可以便宜点吗') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 我已经提交订单了,你修改下价格') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 收到,我支付成功了') self.cond.notify() self.cond.release() print(self.name + ': 等待收货') class Producer(threading.Thread): def __init__(self, cond, name): super(Producer, self).__init__() self.cond = cond self.name = name def run(self): self.cond.acquire() # 释放对琐的占用,同时线程挂起在这里,直到被 notify 并重新占有琐。 self.cond.wait() print(self.name + ': 可以的,你提交订单吧') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 好了,已经修改了') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 嗯,收款成功,马上给你发货') self.cond.release() print(self.name + ': 发货商品') cond = threading.Condition() consumer = Consumer(cond, '买家(两点水)') producer = Producer(cond, '卖家(三点水)') consumer.start() producer.start()
輸出的結果如下:
买家(两点水): 我这两件商品一起买,可以便宜点吗 卖家(三点水): 可以的,你提交订单吧 买家(两点水): 我已经提交订单了,你修改下价格 卖家(三点水): 好了,已经修改了 买家(两点水): 收到,我支付成功了 买家(两点水): 等待收货 卖家(三点水): 嗯,收款成功,马上给你发货 卖家(三点水): 发货商品
5、線程間通訊
如果程式中有多個線程,這些線程避免不了需要相互通訊的。那麼我們怎樣才能在這些線程之間安全地交換資訊或資料呢?
從一個執行緒向另一個執行緒發送資料最安全的方式可能就是使用 queue 庫中的佇列了。建立一個被多個執行緒共享的 Queue 對象,這些執行緒透過使用 put() 和 get() 操作來向佇列中新增或刪除元素。
# -*- coding: UTF-8 -*- from queue import Queue from threading import Thread isRead = True def write(q): # 写数据进程 for value in ['两点水', '三点水', '四点水']: print('写进 Queue 的值为:{0}'.format(value)) q.put(value) def read(q): # 读取数据进程 while isRead: value = q.get(True) print('从 Queue 读取的值为:{0}'.format(value)) if __name__ == '__main__': q = Queue() t1 = Thread(target=write, args=(q,)) t2 = Thread(target=read, args=(q,)) t1.start() t2.start()
輸出的結果如下:
写进 Queue 的值为:两点水 写进 Queue 的值为:三点水 从 Queue 读取的值为:两点水 写进 Queue 的值为:四点水 从 Queue 读取的值为:三点水 从 Queue 读取的值为:四点水
Python 也提供了Event 物件用於執行緒間通信,它是由執行緒設定的訊號標誌,如果訊號標誌位真,則其他執行緒等待直到訊號接觸。
Event 物件實作了簡單的執行緒通訊機制,它提供了設定訊號,清楚訊號,等待等用於實現執行緒間的通訊。
設定訊號
使用 Event 的 set() 方法可以設定 Event 物件內部的訊號標誌為真。 Event 物件提供了 isSe() 方法來判斷其內部訊號標誌的狀態。當使用event 物件的set() 方法後,isSet() 方法傳回真
清除訊號
使用Event 物件的clear() 方法可以清除Event 物件內部的訊號標誌,即將其設為假,當使用Event 的clear 方法後,isSet() 方法返回假
等待
Event 物件wait 的方法只有在內部訊號為真的時候才會很快的執行並完成返回。當 Event 物件的內部訊號標誌位元假時,則 wait 方法會一直等待到其為真時才傳回。
範例:
# -*- coding: UTF-8 -*- import threading class mThread(threading.Thread): def __init__(self, threadname): threading.Thread.__init__(self, name=threadname) def run(self): # 使用全局Event对象 global event # 判断Event对象内部信号标志 if event.isSet(): event.clear() event.wait() print(self.getName()) else: print(self.getName()) # 设置Event对象内部信号标志 event.set() # 生成Event对象 event = threading.Event() # 设置Event对象内部信号标志 event.set() t1 = [] for i in range(10): t = mThread(str(i)) # 生成线程列表 t1.append(t) for i in t1: # 运行线程 i.start()
輸出的結果如下:
1 0 3 2 5 4 7 6 9 8
#6、後台執行緒
##預設情況下,主執行緒退出之後,即使子線程沒有join。那麼主執行緒結束後,子執行緒仍會繼續執行。如果希望主執行緒退出後,其子執行緒也退出而不再執行,則需要設定子執行緒為後台執行緒。 Python 提供了 setDeamon 方法。