Python3多线程核心知识

每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

每个线程都有他自己的一组CPU寄存器，称为线程的上下文，该上下文反映了线程上次运行该线程的CPU寄存器的状态。

指令指针和堆栈指针寄存器是线程上下文中两个最重要的寄存器，线程总是在进程得到上下文中运行的，这些地址都用于标志拥有线程的进程地址空间中的内存。

线程可以被抢占（中断）。

在其他线程正在运行时，线程可以暂时搁置（也称为睡眠） -- 这就是线程的退让。

线程可以分为:

内核线程：由操作系统内核创建和撤销。

用户线程：不需要内核支持而在用户程序中实现的线程。

Python3 线程中常用的两个模块为：

_thread

threading(推荐使用)

函数式

调用 _thread 模块中的start_new_thread()函数来产生新线程。语法如下:

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

参数说明:

function - 线程函数。

args - 传递给线程函数的参数,他必须是个tuple类型。

kwargs - 可选参数。

import _thread, time# 定义线程函数def print_time(threadName, delay):

count = 0 while count < 5:    

time.sleep(delay)

count += 1

# 返回当前时间的时间戳（1970纪元后经过的浮点秒数）, 并格式化输出

print("{}: {}".format(threadName, time.ctime(time.time()) ))try:

_thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2))

_thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4))except:

print("Error")while 1: # 让线程有足够的时间完成 pass

E:\PyPro>python thread.pyThread-1: Thu Apr 12 09:01:56 2018Thread-2: Thu Apr 12 09:01:58 2018Thread-1: Thu Apr 12 09:01:58 2018Thread-1: Thu Apr 12 09:02:00 2018Thread-2: Thu Apr 12 09:02:02 2018Thread-1: Thu Apr 12 09:02:02 2018Thread-1: Thu Apr 12 09:02:05 2018Thread-2: Thu Apr 12 09:02:06 2018Thread-2: Thu Apr 12 09:02:10 2018Thread-2: Thu Apr 12 09:02:14 2018

类封装式

threading 模块除了包含 _thread 模块中的所有方法外，还提供的其他方法：

threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。

threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。

threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量，与len(threading.enumerate())有相同的结果。

线程模块同样提供了Thread类来处理线程，Thread类提供了以下方法:

run():用以表示线程活动的方法。

start():启动线程活动。

join([time]):等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。

isAlive():返回线程是否活动的。

getName():返回线程名。

setName():设置线程名。

import threading, time# 创建进程类class myThread(threading.Thread):

# 构造函数 def __init__(self, threadID, name, counter):

threading.Thread.__init__(self)

self.threadID = threadID

self.name = name

self.counter = counter

# 重写run()

def run(self):

print("Thread Strat：" + self.name)

print_time(self.name, self.counter, 5)

print("Thread Exit：" + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):

while counter:

time.sleep(delay)

print("{}: {}".format(threadName, time.ctime(time.time()) ))

counter -= 1

# 创建线程thread1 = myThread(1001, "Thread-1", 1)thread2 = myThread(1002, "Thread-2", 2)# 开启线程print("Thread-1 is Alive? ", thread1.isAlive())thread1.start()thread2.start()print("Thread-1 is Alive? ", thread1.isAlive())thread1.join()thread2.join()print("Thread-1 is Alive? ", thread1.isAlive())print("exit")

E:\PyPro>python threadClass.pyThread-1 is Alive? FalseThread Strat：

Thread-1Thread Strat：

Thread-2Thread-1 is Alive? TrueThread-1: Thu Apr 12 10:15:53 2018Thread-1:

Thu Apr 12 10:15:54 2018Thread-2: Thu Apr 12 10:15:54 2018Thread-1: Thu Apr 12 10:15:55 2018Thread-1:

Thu Apr 12 10:15:56 2018Thread-2: Thu Apr 12 10:15:56 2018Thread-1: Thu Apr 12 10:15:57 2018Thread Exit：

Thread-1Thread-2: Thu Apr 12 10:15:58 2018Thread-2: Thu Apr 12 10:16:00 2018Thread-2: Thu Apr 12 10:16:02 2018Thread Exit：

Thread-2Thread-1 is Alive? Falseexit

不难发现，线程是通过start()函数激活，而不是对象建立时激活的！

线程同步

多线程的优势在于可以同时运行多个任务（至少感觉起来是这样）。但是当线程需要共享数据时，可能存在数据不同步的问题。

使用 Thread 对象的 Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步，这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法，对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。

import threading, time# 创建锁threadLock = threading.Lock()# 创建线程列表threads = []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("Thread Start: " + self.name)

# 获取锁，同步线程

threadLock.acquire()

print_time(self.name, self.counter, 3)

# 释放锁，开启下一个线程

threadLock.release()

print("Thread Exit: " + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):

while counter:

time.sleep(delay)

print("{}: {}".format(threadName, time.ctime()))

counter -= 1

# 创建线程thread1 = myThread(1001, "Thread-1", 1)thread2 = myThread(1002, "Thread-2", 2)# 开启线程thread1.start()thread2.start()# 添加线程列表threads.append(thread1)threads.append(thread2)# 等待所有线程完成for t in threads: t.join()print("exit")

E:\PyPro>python synchronize.pyThread Start: Thread-1Thread Start: Thread-2Thread-1: Thu Apr 12 11:00:49 2018Thread-1: Thu Apr 12 11:00:50 2018Thread-1: Thu Apr 12 11:00:51 2018Thread Exit: Thread-1Thread-2: Thu Apr 12 11:00:53 2018Thread-2: Thu Apr 12 11:00:55 2018Thread-2: Thu Apr 12 11:00:57 2018Thread Exit: Thread-2exit

线程优先级队列

Python 的 Queue 模块中提供了同步的、线程安全的队列类，包括FIFO队列Queue，LIFO队列LifoQueue，和优先级队列 PriorityQueue。

这些队列都实现了锁原语，能够在多线程中直接使用，可以使用队列来实现线程间的同步。

Queue 模块中的常用方法:

Queue.qsize() 返回队列的大小

Queue.empty() 如果队列为空，返回True,反之False

Queue.full() 如果队列满了，返回True,反之False

Queue.full 与 maxsize 大小对应

Queue.get([block[, timeout]])获取队列，timeout等待时间

Queue.get_nowait() 相当Queue.get(False)

Queue.put(item) 写入队列，timeout等待时间

Queue.put_nowait(item) 相当Queue.put(item, False)

Queue.task_done() 在完成一项工作之后，Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号

Queue.join() 实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

import queue, threading, timeexitFlag = 0# 创建锁queueLock = threading.Lock()# 创建队列workQueue = queue.Queue(10)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("Thread Start: " + self.name)

process_data(self.name, self.q)

print("Thread Exit: " + self.name)

def process_data(threadName, q):

while not exitFlag:

queueLock.acquire()

if not workQueue.empty():

data = q.get()

queueLock.release()

print("{} processing {}".format(threadName, data))

else:

queueLock.release()

time.sleep(1)threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]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()print

("队列填充中>>>>>>>>>>>>>>")time.sleep(1)for word in nameList: workQueue.put(word)print("队列填充完毕>>>>>>>>>>>>>>")queueLock.release()# 等待队列清空while not workQueue.empty(): pass# 通知线程退出exitFlag = 1# 等待所有线程完成for t in threads: t.join()print("exit")

E:\PyPro>python queueue.pyThread Start: Thread-1Thread Start: Thread-2Thread Start: Thread-3队列填充中>>>>>>>>>>>>>>队列填充完毕>>>>>>>>>>>>>>Thread-3 processing OneThread-1 processing TwoThread-2 processing ThreeThread-3 processing FourThread-1 processing FiveThread Exit: Thread-2Thread Exit: Thread-1Thread Exit: Thread-3exit

源码中其实实现了三个进程读取同一个队列，按照先进先出原则实现锁定。

用start方法来启动线程，真正实现了多线程运行，这时无需等待run方法体代码执行完毕而直接继续执行下面的代码。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程，这时此线程处于就绪（可运行）状态，并没有运行，一旦得到cpu时间片，就开始执行run()方法，这里方法 run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容，Run方法运行结束，此线程随即终止。

join的作用是保证当前线程执行完成后，再执行其它线程。join可以有timeout参数，表示阻塞其它线程timeout秒后，不再阻塞。。一般线程的start()之后，所有操作结束后都要进行thread.join()。确保语句的输出是join()后面的程序是等线程结束后再执行的。