Python中线程threading.Thread的使用详解
作者:进击的程小白
1. 线程的概念
线程,有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID,当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。另外,线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有系统资源。
2. threading.thread()的简单使用
2.1 添加线程可以是程序运行更快
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
有一点儿在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源
import threading import time def saySorry(): print("亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?") time.sleep(5) if __name__ == "__main__": start_time1 = time.time() for i in range(5): t = threading.Thread(target=saySorry) t.start() #启动线程,即让线程开始执行 end_time1 = time.time() print(end_time1 - start_time1) start_time2 = time.time() for i in range(5): t = saySorry() end_time2 = time.time() print(end_time2 - start_time2)
输出为:
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
0.001995086669921875
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
亲爱的,我错了,我能吃饭了吗?
25.001766204833984
2.2 主线程会等待所有的子线程结束后才结束
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() # sleep(5) # 屏蔽此行代码,试试看,程序是否会立马结束? print('---结束---:%s'%ctime())
输出为:
---开始---:Mon Sep 28 14:42:09 2020
正在唱歌...0
正在跳舞...0---结束---:Mon Sep 28 14:42:09 2020
正在唱歌...1
正在跳舞...1
正在唱歌...2
正在跳舞...2
如果释放‘ sleep(5) ’,输出为:
---开始---:Mon Sep 28 14:43:36 2020
正在唱歌...0
正在跳舞...0
正在跳舞...1
正在唱歌...1
正在唱歌...2正在跳舞...2
---结束---:Mon Sep 28 14:43:41 2020
3.查看线程数量
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)
输出为:
---开始---:Mon Sep 28 14:46:16 2020
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
4.线程参数及顺序
4.1 传递参数的方法
使用args 传递参数 threading.Thread(target=sing, args=(10, 100, 100))
使用kwargs传递参数 threading.Thread(target=sing, kwargs={“a”: 10, “b”:100, “c”: 100})
同时使用 args 和 kwargs 传递参数 threading.Thread(target=sing, args=(10, ), kwargs={“b”: 100,“c”: 100})
4.2 线程的执行顺序
import threading import time def sing(): for i in range(5): print("我是sing") time.sleep(1) def dance(): for i in range(5): print("我是dance") time.sleep(1) if __name__ == '__main__': # 创建两个子线程 t1 = threading.Thread(target=sing) t2 = threading.Thread(target=dance) # 启动子线程 t1.start() t2.start()
输出为:
我是sing
我是dance
我是sing
我是dance
我是dance
我是sing
我是dance我是sing
我是sing
我是dance
说明:
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。
5. 守护线程
守护线程:如果在程序中将子线程设置为守护线程,则该子线程会在主线程结束时自动退出,设置方式为thread.setDaemon(True),要在thread.start()之前设置,默认是false的,也就是主线程结束时,子线程依然在执行。
5.1 如下代码,主线程已经exit() 【其实并没有真正结束】,子线程还在继续执行
import threading import time def test(): for i in range(7): print("test is run:", i) time.sleep(1) if __name__ == '__main__': # 创建子线程 t1 = threading.Thread(target=test) # 启动子线程 t1.start() # 休眠2秒 time.sleep(2) print("我 OVER 了") # 退出 exit()
输出为:
test is run: 0
test is run: 1
我 OVER 了
test is run: 2
test is run: 3
test is run: 4
test is run: 5
test is run: 6
5.2 设置守护线程
为线程设置守护,如果主线程结束,子线程也随之结束。
import threading import time def test(): for i in range(7): print("test is run:", i) time.sleep(1) if __name__ == '__main__': # 创建子线程 t1 = threading.Thread(target=test) #设置线程保护 t1.setDaemon(True) # 启动子线程 t1.start() # 休眠2秒 time.sleep(2) print("我 OVER 了") # 退出 exit()
输出为:
test is run: 0
test is run: 1
我 OVER 了
参考代码
import threading from threading import Lock,Thread import time,os ''' python多线程详解 什么是线程? 线程也叫轻量级进程,是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包涵在进程之中,是进程中的实际运作单位。 线程自己不拥有系统资源,只拥有一点儿在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所 拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程,同一个进程中的多个线程之间可以并发执行 ''' ''' 为什么要使用多线程? 线程在程序中是独立的、并发的执行流。与分隔的进程相比,进程中线程之间的隔离程度要小,它们共享内存、文件句柄 和其他进程应有的状态。 因为线程的划分尺度小于进程,使得多线程程序的并发性高。进程在执行过程之中拥有独立的内存单元,而多个线程共享 内存,从而极大的提升了程序的运行效率。 线程比进程具有更高的性能,这是由于同一个进程中的线程都有共性,多个线程共享一个进程的虚拟空间。线程的共享环境 包括进程代码段、进程的共有数据等,利用这些共享的数据,线程之间很容易实现通信。 操作系统在创建进程时,必须为改进程分配独立的内存空间,并分配大量的相关资源,但创建线程则简单得多。因此,使用多线程 来实现并发比使用多进程的性能高得要多。 ''' ''' 总结起来,使用多线程编程具有如下几个优点: 进程之间不能共享内存,但线程之间共享内存非常容易。 操作系统在创建进程时,需要为该进程重新分配系统资源,但创建线程的代价则小得多。因此使用多线程来实现多任务并发执行比使用多进程的效率高 python语言内置了多线程功能支持,而不是单纯地作为底层操作系统的调度方式,从而简化了python的多线程编程。 ''' ''' 普通创建方式 ''' # def run(n): # print('task',n) # time.sleep(1) # print('2s') # time.sleep(1) # print('1s') # time.sleep(1) # print('0s') # time.sleep(1) # # if __name__ == '__main__': # t1 = threading.Thread(target=run,args=('t1',)) # target是要执行的函数名(不是函数),args是函数对应的参数,以元组的形式存在 # t2 = threading.Thread(target=run,args=('t2',)) # t1.start() # t2.start() ''' 自定义线程:继承threading.Thread来定义线程类,其本质是重构Thread类中的run方法 ''' # class MyThread(threading.Thread): # def __init__(self,n): # super(MyThread,self).__init__() #重构run函数必须写 # self.n = n # # def run(self): # print('task',self.n) # time.sleep(1) # print('2s') # time.sleep(1) # print('1s') # time.sleep(1) # print('0s') # time.sleep(1) # # if __name__ == '__main__': # t1 = MyThread('t1') # t2 = MyThread('t2') # t1.start() # t2.start() ''' 守护线程 下面这个例子,这里使用setDaemon(True)把所有的子线程都变成了主线程的守护线程, 因此当主线程结束后,子线程也会随之结束,所以当主线程结束后,整个程序就退出了。 所谓'线程守护',就是主线程不管该线程的执行情况,只要是其他子线程结束且主线程执行完毕,主线程都会关闭。也就是说:主线程不等待该守护线程的执行完再去关闭。 ''' # def run(n): # print('task',n) # time.sleep(1) # print('3s') # time.sleep(1) # print('2s') # time.sleep(1) # print('1s') # # if __name__ == '__main__': # t=threading.Thread(target=run,args=('t1',)) # t.setDaemon(True) # t.start() # print('end') ''' 通过执行结果可以看出,设置守护线程之后,当主线程结束时,子线程也将立即结束,不再执行 ''' ''' 主线程等待子线程结束 为了让守护线程执行结束之后,主线程再结束,我们可以使用join方法,让主线程等待子线程执行 ''' # def run(n): # print('task',n) # time.sleep(2) # print('5s') # time.sleep(2) # print('3s') # time.sleep(2) # print('1s') # if __name__ == '__main__': # t=threading.Thread(target=run,args=('t1',)) # t.setDaemon(True) #把子线程设置为守护线程,必须在start()之前设置 # t.start() # t.join() #设置主线程等待子线程结束 # print('end') ''' 多线程共享全局变量 线程时进程的执行单元,进程时系统分配资源的最小执行单位,所以在同一个进程中的多线程是共享资源的 ''' # g_num = 100 # def work1(): # global g_num # for i in range(3): # g_num+=1 # print('in work1 g_num is : %d' % g_num) # # def work2(): # global g_num # print('in work2 g_num is : %d' % g_num) # # if __name__ == '__main__': # t1 = threading.Thread(target=work1) # t1.start() # time.sleep(1) # t2=threading.Thread(target=work2) # t2.start() ''' 由于线程之间是进行随机调度,并且每个线程可能只执行n条执行之后,当多个线程同时修改同一条数据时可能会出现脏数据, 所以出现了线程锁,即同一时刻允许一个线程执行操作。线程锁用于锁定资源,可以定义多个锁,像下面的代码,当需要独占 某一个资源时,任何一个锁都可以锁定这个资源,就好比你用不同的锁都可以把这个相同的门锁住一样。 由于线程之间是进行随机调度的,如果有多个线程同时操作一个对象,如果没有很好地保护该对象,会造成程序结果的不可预期, 我们因此也称为“线程不安全”。 为了防止上面情况的发生,就出现了互斥锁(Lock) ''' # def work(): # global n # lock.acquire() # temp = n # time.sleep(0.1) # n = temp-1 # lock.release() # # # if __name__ == '__main__': # lock = Lock() # n = 100 # l = [] # for i in range(100): # p = Thread(target=work) # l.append(p) # p.start() # for p in l: # p.join() ''' 递归锁:RLcok类的用法和Lock类一模一样,但它支持嵌套,在多个锁没有释放的时候一般会使用RLock类 ''' # def func(lock): # global gl_num # lock.acquire() # gl_num += 1 # time.sleep(1) # print(gl_num) # lock.release() # # # if __name__ == '__main__': # gl_num = 0 # lock = threading.RLock() # for i in range(10): # t = threading.Thread(target=func,args=(lock,)) # t.start() ''' 信号量(BoundedSemaphore类) 互斥锁同时只允许一个线程更改数据,而Semaphore是同时允许一定数量的线程更改数据,比如厕所有3个坑, 那最多只允许3个人上厕所,后面的人只能等里面有人出来了才能再进去 ''' # def run(n,semaphore): # semaphore.acquire() #加锁 # time.sleep(3) # print('run the thread:%s\n' % n) # semaphore.release() #释放 # # # if __name__== '__main__': # num=0 # semaphore = threading.BoundedSemaphore(5) #最多允许5个线程同时运行 # for i in range(22): # t = threading.Thread(target=run,args=('t-%s' % i,semaphore)) # t.start() # while threading.active_count() !=1: # pass # else: # print('----------all threads done-----------') ''' python线程的事件用于主线程控制其他线程的执行,事件是一个简单的线程同步对象,其主要提供以下的几个方法: clear将flag设置为 False set将flag设置为 True is_set判断是否设置了flag wait会一直监听flag,如果没有检测到flag就一直处于阻塞状态 事件处理的机制:全局定义了一个Flag,当Flag的值为False,那么event.wait()就会阻塞,当flag值为True, 那么event.wait()便不再阻塞 ''' event = threading.Event() def lighter(): count = 0 event.set() #初始者为绿灯 while True: if 5 < count <=10: event.clear() #红灯,清除标志位 print("\33[41;lmred light is on...\033[0m]") elif count > 10: event.set() #绿灯,设置标志位 count = 0 else: print('\33[42;lmgreen light is on...\033[0m') time.sleep(1) count += 1 def car(name): while True: if event.is_set(): #判断是否设置了标志位 print('[%s] running.....'%name) time.sleep(1) else: print('[%s] sees red light,waiting...'%name) event.wait() print('[%s] green light is on,start going...'%name) # startTime = time.time() light = threading.Thread(target=lighter,) light.start() car = threading.Thread(target=car,args=('MINT',)) car.start() endTime = time.time() # print('用时:',endTime-startTime) ''' GIL 全局解释器 在非python环境中,单核情况下,同时只能有一个任务执行。多核时可以支持多个线程同时执行。但是在python中,无论有多少个核 同时只能执行一个线程。究其原因,这就是由于GIL的存在导致的。 GIL的全程是全局解释器,来源是python设计之初的考虑,为了数据安全所做的决定。某个线程想要执行,必须先拿到GIL,我们可以 把GIL看做是“通行证”,并且在一个python进程之中,GIL只有一个。拿不到线程的通行证,并且在一个python进程中,GIL只有一个, 拿不到通行证的线程,就不允许进入CPU执行。GIL只在cpython中才有,因为cpython调用的是c语言的原生线程,所以他不能直接操 作cpu,而只能利用GIL保证同一时间只能有一个线程拿到数据。而在pypy和jpython中是没有GIL的 python在使用多线程的时候,调用的是c语言的原生过程。 ''' ''' python针对不同类型的代码执行效率也是不同的 1、CPU密集型代码(各种循环处理、计算等),在这种情况下,由于计算工作多,ticks技术很快就会达到阀值,然后出发GIL的 释放与再竞争(多个线程来回切换当然是需要消耗资源的),所以python下的多线程对CPU密集型代码并不友好。 2、IO密集型代码(文件处理、网络爬虫等设计文件读写操作),多线程能够有效提升效率(单线程下有IO操作会进行IO等待, 造成不必要的时间浪费,而开启多线程能在线程A等待时,自动切换到线程B,可以不浪费CPU的资源,从而能提升程序的执行 效率)。所以python的多线程对IO密集型代码比较友好。 ''' ''' 主要要看任务的类型,我们把任务分为I/O密集型和计算密集型,而多线程在切换中又分为I/O切换和时间切换。如果任务属于是I/O密集型, 若不采用多线程,我们在进行I/O操作时,势必要等待前面一个I/O任务完成后面的I/O任务才能进行,在这个等待的过程中,CPU处于等待 状态,这时如果采用多线程的话,刚好可以切换到进行另一个I/O任务。这样就刚好可以充分利用CPU避免CPU处于闲置状态,提高效率。但是 如果多线程任务都是计算型,CPU会一直在进行工作,直到一定的时间后采取多线程时间切换的方式进行切换线程,此时CPU一直处于工作状态, 此种情况下并不能提高性能,相反在切换多线程任务时,可能还会造成时间和资源的浪费,导致效能下降。这就是造成上面两种多线程结果不能的解释。 结论:I/O密集型任务,建议采取多线程,还可以采用多进程+协程的方式(例如:爬虫多采用多线程处理爬取的数据);对于计算密集型任务,python此时就不适用了。 '''
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