多线程(一)

什么是线程？ ➢线程是一个进程的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程是由表示程序运行状态的寄存器（如程序计数器、栈指针）以及堆栈组成，它是比进程更小的单位。 ➢线程是程序中的一个执行流。一个执行流是由CPU运行程序代码并操作程序的数据所形成的。因此，线程被认为是以CPU为主体的行为。 ➢线程不包含进程地址空间中的代码和数据，线程是计算过程在某一时刻的状态。所以，系统在产生一个线程或各个线程之间切换时，负担要比进程小得多。 ➢线程是一个用户级的实体，线程结构驻留在用户空间中，能够被普通的用户级函数直接访问。 ➢一个线程本身不是程序，它必须运行于一个程序（进程）之中。因此，线程可以定义为一个程序中的单个执行流。 •多线程是指一个程序中包含多个执行流，多线程是实现并发的一种有效手段。一个进程在其执行过程中，可以产生多个线程，形成多个执行流。每个执行流即每个线程也有它自身的产生、存在和消亡的过程。 •多线程程序设计的含义就是可以将程序任务分成几个并行的子任务。 线程和进程的区别 ➢进程是资源分配的最小单位，线程是程序执行的最小单位 ➢ 进程有自己的独立地址空间，每启动一个进程，系统就会为它分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段，这种操作非常昂贵。而线程是共享进程中的数据的，使 用相同的地址空间，因此CPU切换一个线程的花费远比进程要小很多，同时创建一个线程 的开销也比进程要小很多。 ➢ 线程之间的通信更方便，同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据，而进程之间的通信需要以通信的方式（IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难 点。 ➢ 但是多进程程序更健壮，多线程程序只要有一个线程死掉，整个进程也死掉了，而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响，因为进程有自己独立的地址空间。 线程的状态图 线程阻塞通常是指一个线程在执行过程中暂停，以等待某个条件的触发； Python线程threading模块 Threading模块提供的类： Thread，Lock，Rlock，Condition，Semaphore，Event，Timer，local等。 threading模块提供的常用方法： ✓ 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 。 threading模块提供了更方便的API来操作线程。 Thread是threading模块中最重要的类之一，可以使用它来创建线程。 该类创建线程有有两种方式： 1.直接创建threading.Thread类的对象，初始化时将可调用对象作为参数传入。 2.通过继承Thread类，重写它的run方法。 Thread类的构造方法： __init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(),kwargs=None, verbose=None) 参数说明： •group：线程组，目前还没有实现，库引用中提示必须是None； •target：要执行的方法； •name：线程名； •args/kwargs：要传入方法的参数。 Thread类的方法 1）isAlive()：返回线程是否在运行。正在运行指的是启动后，终止前。 2）getName(name)：获取线程名。 3）setName(name)：设置线程名。 4）isDaemon(bool)：判断线程是否随主线程一起结束。 5）setDaemon(bool)：设置是否为守护线程。初始值从创建该线程的线程继承而来，默认为False，当没有非守护线程仍在运行时，程序将终止。比如，主线程A中，创建了子线程B，并且在主线程A中调用了B.setDaemon()，意思是，把线程B设置为守护线程，这时候，要是主线程A执行结束了，就不管子线程B是否完成，一并和主线程A退出。这就是setDaemon方法的含义，这基本和join是相反的。此外，还有个要特别注意，必须在start() 方法调用之前调用此方法，如果不设置为守护线程，程序有可能会被无限挂起。 6）start()：启动线程。 7）join([timeout])：阻塞当前上下文环境的线程，直到调用此方法的线程终止或到达指定的等待时间timeout（可选参数）。即当前的线程要等调用join()这个方法的线程执行完，或者是达到规定的时间。比如，主线程A中，创建了子线程B，并且在主线程A中调用了B.join()，那么，主线程A会在调用的地方等待，直到子线程B完成操作后，才可以接着往下执行，那么在调用这个线程时可以使用被调用线程的join方法。 8）run()：用于表示线程活动的方法，通常需要重写，编写代码实现做需要的功能。 创建threading.Thread线程 #encoding=utf-8 from threading import Thread import time def run(a = None,b = None): print(a,b) time.sleep(1) #创建一个子线程 t = Thread(target=run, args=("this is a","thread")) #获取线程的名字 print(t.getName()) #判断线程是否还活着，在start后，在执行完毕前调用isAlive()才会返回true print(t.isAlive()) t.start() print(t.isAlive()) t.join() print(t.isAlive()) 通过继承Thread类创建线程 使用Threading模块创建线程，直接从threading.Thread继承，然后重写__init__方法和run方法 #encoding=utf-8 from threading import Thread import time class MyThread(Thread): #需要调用父类的__init__方法 def __init__(self,a): super(MyThread,self).__init__() #Thread.__init__(self) self.a = a #需重写父类的run方法 def run(self): time.sleep(self.a) print("sleep:",self.a) t1 = MyThread(2) t2 = MyThread(3) t1.start() t2.start() t1.join() t2.join() 注意：多线程执行本身是没有先后顺序的 run方法是在start()时候自动调用的； 继承Thread类-新增run方法参数 注意： 继承Thread类的新类MyThread构造函数中必须要调用父类的构造方法，这样才能产生父类的构造函数中的参数，才能产生线程所需要的参数。新的类中如果需要别的参数，直接在其构造方法中添加即可。同时，新类中，在重写父类的run方法时，它默认是不带参数的，如果需要给他提供参数，需要在类的构造函数中指定，因为在线程执行过程中，run方法是线程自己去调用的，不用我们手动调用，所以没法直接给传递参数，只能在构造方法中设定好参数，然后在run方法中再去取这些参数。 #encoding=utf-8 import threading import time class timer(threading.Thread): def __init__(self,num,interval): threading.Thread.__init__(self) self.thread_num = num self.interval = interval self.thread_stop = False def run(self): while not self.thread_stop: print("Thread Object(%d),Time:%s\n" %(self.thread_num,time.ctime())) time.sleep(self.interval) def stop(self): self.thread_stop = True def test(): thread1 = timer(1,1) thread2 = timer(2,2) thread1.start() thread2.start() time.sleep(10) thread1.stop() thread2.stop() if __name__ == "__main__": test() 线程退出 下面的程序实现了多线程执行后自动退出，无需设定结束的时间也没有使用join函数，主线程会自己退出。 #encoding=utf-8 import threading import time #如果flag设定为1线程启动后会直接退出 exitFlag = 0 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) print_time(self.name,5,self.counter) print("Exiting " + self.name) def print_time(threadName,delay,counter): while counter:#利用counter变量控制线程是否结束 if exitFlag: thread.exit() time.sleep(delay) print("%s:%s" %(threadName,time.ctime(time.time()))) counter -= 1 thread1 = MyThread(1,"线程1",1) thread2 = MyThread(1,"线程2",2) thread1.start() thread2.start() print("主进程结束！") Join函数用法 #encoding=utf-8 import threading import time def context(tJoin): print("in threadContext") tJoin.start() tJoin.join() print("out threadContext.") def join(): print("in threadJoin.") time.sleep(1) print("out threadJoin") tJoin = threading.Thread(target=join) tContext = threading.Thread(target=context,args=(tJoin,)) tContext.start() 主程序中tJoin = threading.Thread(target=join)这句代码执行后，只是创建了一个线程对象 tJoin，但并未启动线程。 tContext = threading.Thread(target=context, args=(tJoin,)) tContext.start() 上面这两句执行后，创建了一个线程对象tContext并启动该线程（打印in threadContext.） ，同时将tJoin线程对象作为参数传给context函数，在context函数中，启动了tJoin这个线程，同时该线程又调用了join()函数（tJoin.join()），那tContext线程将等待tJoin这线程执行完成后，才能继续tContext线程后面的，所以先执行join()函数，打印输出下面两句： in threadJoin.out threadJoin.tJoin线程执行结束后，继续执行tContext线程，于是打印输出了out threadContext.，于是就看到我们上面看到的输出结果，并且无论执行多少次，结果都是这个顺序。但如果将context()函数中tJoin.join()这句注释掉，再执行该程序，打印输出的结果顺序就不定了，因为此时这两线程就是并发执行的； 守护线程 如果一个线程被设置为守护线程，不会阻碍主线程的退出，会随着主线程的退出而退出； #encoding=utf-8 import threading import time class MyThread(threading.Thread): def __init__(self,id): threading.Thread.__init__(self) def run(self): time.sleep(5) print("This is " + self.getName()) if __name__ == "__main__": t1 = MyThread(999) t1.setDaemon(True)#设置线程为守护线程 t1.start() print("I am the father thread.") 由于线程启动后，然后主线程就结束了，而子线程的run方法需要等待5秒，这时候子线程已经随着主线程的退出而退出了；所以不会打印run里面的语句； 从结果可以看出，调用了setDaemon()函数后，子线程被设置为守护线程，主线程打印内容后就结束了，不管子线程是否执行完毕，一并被终止了。可见join()函数与setDaemon()函数功能是相反的。