Python 多執行緒

多執行緒類似於同時執行多個不同程序，多執行緒執行有以下優點：

• #使用執行緒可以把佔據長時間的程式中的任務放到後台去處理。

• 使用者介面可以更吸引人，這樣例如使用者點擊了一個按鈕去觸發某些事件的處理，可以彈出一個進度條來顯示處理的進度

• #程式的運行速度可能會加快

• 在一些等待的任務實作上如使用者輸入、檔案讀寫和網路收發資料等，執行緒就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如記憶體佔用等等。

執行緒在執行過程中與進程還是有區別的。每個獨立的執行緒都有一個程式運行的入口、順序執行序列和程式的出口。但是執行緒不能夠獨立執行，必須依存在應用程式中，由應用程式提供多個執行緒執行控制。

每個執行緒都有他自己的一組CPU暫存器，稱為執行緒的上下文，該上下文反映了執行緒上次運行該執行緒的CPU暫存器的狀態。

指令指標和堆疊指標暫存器是執行緒上下文中兩個最重要的暫存器，執行緒總是在進程得到上下文中運行的，這些位址都用於標誌擁有執行緒的進程位址空間中的記憶體。

• 執行緒可以被搶佔（中斷）。

• 在其他執行緒正在運行時，執行緒可以暫時擱置（也稱為睡眠） -- 這就是執行緒的退讓。

開始學習Python線程

Python中使用線程有兩種方式：函數或用類別來包裝線程物件。

函數式：呼叫thread模組中的start_new_thread()函數來產生新執行緒。語法如下:

thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )

參數說明:

• function - 執行緒函數。

• args - 傳遞給執行緒函數的參數,他必須是個tuple類型。

• kwargs - 可選參數。

實例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

import thread
import time

# 为线程定义一个函数
def print_time( threadName, delay):
   count = 0
   while count < 5:
      time.sleep(delay)
      count += 1
      print "%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) )

# 创建两个线程
try:
   thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
   thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
   print "Error: unable to start thread"

while 1:
   pass

執行上述程式輸出結果如下：

Thread-1: Thu Jan 22 15:42:17 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:19 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:19 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:21 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:23 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:23 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:25 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:27 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:31 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:35 2009

執行緒的結束一般依賴執行緒函數的自然結束；也可以在執行緒函數中呼叫thread.exit()，他拋出SystemExit exception，達到退出執行緒的目的。

執行緒模組

Python透過兩個標準函式庫thread和threading提供對執行緒的支援。 thread提供了低階的、原始的執行緒以及一個簡單的鎖。

thread 模組提供的其他方法：

• threading.currentThread(): 傳回目前的執行緒變數。

• threading.enumerate(): 傳回一個包含正在執行的執行緒的list。正在執行指執行緒啟動後、結束前，不包含啟動前和終止後的執行緒。

• threading.activeCount(): 傳回正在執行的執行緒數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。

除了使用方法外，線程模組也提供了Thread類別來處理線程，Thread類別提供了以下方法:

• run() : 用來表示線程活動的方法。

• start():啟動執行緒活動。

  
  

• join([time]): 等待至執行緒中止。這阻塞調用線程直至線程的join() 方法被調用中止-正常退出或拋出未處理的異常-或者是可選的超時發生。

• isAlive(): 傳回執行緒是否活動的。

• getName(): 傳回執行緒名稱。

• setName(): 設定執行緒名稱。

使用Threading模組建立線程

使用Threading模組建立線程，直接從threading.Thread繼承，然後重寫__init__方法和run方法：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):   #继承父类threading.Thread
    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter
    def run(self):                   #把要执行的代码写到run函数里面 线程在创建后会直接运行run函数 
        print "Starting " + self.name
        print_time(self.name, self.counter, 5)
        print "Exiting " + self.name

def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        if exitFlag:
            thread.exit()
        time.sleep(delay)
        print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time()))
        counter -= 1

# 创建新线程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 开启线程
thread1.start()
thread2.start()

print "Exiting Main Thread"

以上程式執行結果如下；

Starting Thread-1
Starting Thread-2
Exiting Main Thread
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:03 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:04 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:04 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:05 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:06 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:06 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:07 2013
Exiting Thread-1
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:08 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:10 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:12 2013
Exiting Thread-2

執行緒同步

如果多個執行緒共同對某個資料修改，則可能出現不可預料的結果，為了確保資料的正確性，需要對多個執行緒進行同步。

使用Thread物件的Lock和Rlock可以實現簡單的線程同步，這兩個物件都有acquire方法和release方法，對於那些需要每次只允許一個線程操作的數據，可以將其操作放到acquire和release方法之間。如下：

多執行緒的優點在於可以同時執行多個任務（至少感覺起來是這樣）。但是當執行緒需要共享資料時，可能存在資料不同步的問題。

考慮這樣一種情況：一個列表裡所有元素都是0，線程"set"從後向前把所有元素改成1，而線程"print"負責從前往後讀取列表並打印。

那麼，可能執行緒"set"開始改的時候，執行緒"print"便來列印清單了，輸出就成了一半0一半1，這就是資料的不同步。為了避免這種情況，引入了鎖的概念。

鎖定有兩種狀態－鎖定和未鎖定。每當一個執行緒例如"set"要存取共享資料時，必須先獲得鎖定；如果已經有別的線程比如"print"獲得鎖定了，那麼就讓線程"set"暫停，也就是同步阻塞；等到線程" print"訪問完畢，釋放鎖以後，再讓線程"set"繼續。

經過這樣的處理，列印清單時要麼全部輸出0，要麼全部輸出1，不會再出現一半0一半1的尷尬場面。

實例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

import threading
import time

class myThread (threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter
    def run(self):
        print "Starting " + self.name
       # 获得锁，成功获得锁定后返回True
       # 可选的timeout参数不填时将一直阻塞直到获得锁定
       # 否则超时后将返回False
        threadLock.acquire()
        print_time(self.name, self.counter, 3)
        # 释放锁
        threadLock.release()

def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time()))
        counter -= 1

threadLock = threading.Lock()
threads = []

# 创建新线程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()

# 添加线程到线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print "Exiting Main Thread"

線程優先權佇列（ Queue）

Python的Queue模組中提供了同步的、執行緒安全的佇列類，包括FIFO（先入先出)佇列Queue，LIFO（後入先出）佇列LifoQueue，和優先權佇列PriorityQueue。這些佇列都實作了鎖原語，能夠在多執行緒中直接使用。可以使用佇列來實現線程間的同步。

Queue模組中的常用方法:

• Queue.qsize() 傳回佇列的大小

• #Queue.empty() 若佇列為空，則回傳True,反之False

• Queue.full() 如果佇列滿了，回傳True,反之False

• Queue.full 與maxsize 大小對應

• #Queue.get([block[, timeout]])取得佇列，timeout等待時間

• Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)

• #Queue.put(item) 寫入隊列，timeout等待時間

• Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)

• Queue.task_done() 在完成一項工作之後，Queue.task_done()函數會向任務已經完成的佇列發送一個訊號

• Queue. join() 其實是指等到佇列為空，再執行別的動作

範例:

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

import Queue
import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, q):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.q = q
    def run(self):
        print "Starting " + self.name
        process_data(self.name, self.q)
        print "Exiting " + self.name

def process_data(threadName, q):
    while not exitFlag:
        queueLock.acquire()
        if not workQueue.empty():
            data = q.get()
            queueLock.release()
            print "%s processing %s" % (threadName, data)
        else:
            queueLock.release()
        time.sleep(1)

threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
queueLock = threading.Lock()
workQueue = Queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1

# 创建新线程
for tName in threadList:
    thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    thread.start()
    threads.append(thread)
    threadID += 1

# 填充队列
queueLock.acquire()
for word in nameList:
    workQueue.put(word)
queueLock.release()

# 等待队列清空
while not workQueue.empty():
    pass

# 通知线程是时候退出
exitFlag = 1

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print "Exiting Main Thread"

以上程式執行結果：

Starting Thread-1
Starting Thread-2
Starting Thread-3
Thread-1 processing One
Thread-2 processing Two
Thread-3 processing Three
Thread-1 processing Four
Thread-2 processing Five
Exiting Thread-3
Exiting Thread-1
Exiting Thread-2
Exiting Main Thread