Python Threading

大一下的時候學習了Python，但其實知識淺嘗輒止，只能算會個常用語法和結構，之前一段時候裏寫代碼足夠了，但是到了現在需要優化和統籌代碼的時候，我的Python基礎呈現了不足爲繼的situation。所以從現在開始要補起我的Python。今天解決多線程的問題

概念

引用：https://www.cnblogs.com/mhq-martin/p/9035640.html

進程(Process)

是Windows系統中的一個基本概念，它包含着一個運行程序所需要的資源。一個正在運行的應用程序在操作系統中被視爲一個進程，進程可以包括一個或多個線程。線程是操作系統分配處理器時間的基本單元，在進程中可以有多個線程同時執行代碼。進程之間是相對獨立的，一個進程無法訪問另一個進程的數據（除非利用分佈式計算方式），一個進程運行的失敗也不會影響其他進程的運行，Windows系統就是利用進程把工作劃分爲多個獨立的區域的。進程可以理解爲一個程序的基本邊界。是應用程序的一個運行例程，是應用程序的一次動態執行過程。

線程(Thread)

是進程中的基本執行單元，是操作系統分配CPU時間的基本單位，一個進程可以包含若干個線程，在進程入口執行的第一個線程被視爲這個進程的主線程。在.NET應用程序中，都是以Main()方法作爲入口的，當調用此方法時系統就會自動創建一個主線程。線程主要是由CPU寄存器、調用棧和線程本地存儲器（Thread Local Storage，TLS）組成的。CPU寄存器主要記錄當前所執行線程的狀態，調用棧主要用於維護線程所調用到的內存與數據，TLS主要用於存放線程的狀態信息。
棧區：存放函數的參數值、局部變量等，由編譯器自動分配和釋放，通常在函數執行完後就釋放了
堆區：就是通過new、malloc、realloc分配的內存塊，編譯器不會負責它們的釋放工作，需要用程序區釋放

區別

進程和線程的主要差別在於它們是不同的操作系統資源管理方式。進程有獨立的地址空間，一個進程崩潰後，在保護模式下不會對其它進程產生影響，而線程只是一個進程中的不同執行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量，但線程之間沒有單獨的地址空間，一個線程死掉就等於整個進程死掉，所以多進程的程序要比多線程的程序健壯，但在進程切換時，耗費資源較大，效率要差一些。但對於一些要求同時進行並且又要共享某些變量的併發操作，只能用線程，不能用進程。

1. 簡而言之,一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程.
2. 線程的劃分尺度小於進程，使得多線程程序的併發性高。
3. 另外，進程在執行過程中擁有獨立的內存單元，而多個線程共享內存，從而極大地提高了程序的運行效率。
4. 線程在執行過程中與進程還是有區別的。每個獨立的線程有一個程序運行的入口、順序執行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執行控制。
5. 從邏輯角度來看，多線程的意義在於一個應用程序中，有多個執行部分可以同時執行。但操作系統並沒有將多個線程看做多個獨立的應用，來實現進程的調度和管理以及資源分配。這就是進程和線程的重要區別。

異步(Sync)和同步(Async)

所謂同步，就是發出一個功能調用時，在沒有得到結果之前，該調用就不返回或繼續執行後續操作。
簡單來說，同步就是必須一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。
例如：B/S模式中的表單提交，具體過程是：客戶端提交請求->等待服務器處理->處理完畢返回，在這個過程中客戶端（瀏覽器）不能做其他事。

異步與同步相對，當一個異步過程調用發出後，調用者在沒有得到結果之前，就可以繼續執行後續操作。當這個調用完成後，一般通過狀態、通知和回調來通知調用者。對於異步調用，調用的返回並不受調用者控制。
對於通知調用者的三種方式，具體如下：

狀態
即監聽被調用者的狀態（輪詢），調用者需要每隔一定時間檢查一次，效率會很低。
通知
當被調用者執行完成後，發出通知告知調用者，無需消耗太多性能。
回調
與通知類似，當被調用者執行完成後，會調用調用者提供的回調函數。

例如：B/S模式中的ajax請求，具體過程是：客戶端發出ajax請求->服務端處理->處理完畢執行客戶端回調，在客戶端（瀏覽器）發出請求後，仍然可以做其他的事。
總結來說，同步和異步的區別：請求發出後，是否需要等待結果，才能繼續執行其他操作。

阻塞(block)與非阻塞

阻塞和非阻塞這兩個概念與程序（線程）等待消息通知(無所謂同步或者異步)時的狀態有關。也就是說阻塞與非阻塞主要是程序（線程）等待消息通知時的狀態角度來說的。
阻塞和非阻塞關注的是程序在等待調用結果（消息，返回值）時的狀態.
阻塞調用是指調用結果返回之前，當前線程會被掛起。調用線程只有在得到結果之後纔會返回。
非阻塞調用指在不能立刻得到結果之前，該調用不會阻塞當前線程。

同步/異步關注的是消息通知的機制，而阻塞/非阻塞關注的是程序（線程）等待消息通知時的狀態。
同步的情況下，是由處理消息者自己去等待消息是否被觸發，而異步的情況下是由觸發機制來通知處理消息者

併發並行

併發：在操作系統中，是指一個時間段中有幾個程序都處於已啓動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個處理機上運行，但任一個時刻點上只有一個程序在處理機上運行。當有多個線程在操作時,如果系統只有一個CPU,則它根本不可能真正同時進行一個以上的線程，它只能把CPU運行時間劃分成若干個時間段,再將時間 段分配給各個線程執行，在一個時間段的線程代碼運行時，其它線程處於掛起狀。.這種方式我們稱之爲併發(Concurrent)。

並行：當系統有一個以上CPU時,則線程的操作有可能非併發。當一個CPU執行一個線程時，另一個CPU可以執行另一個線程，兩個線程互不搶佔CPU資源，可以同時進行，這種方式我們稱之爲並行(Parallel)

併發和並行的區別：
你吃飯吃到一半，電話來了，你一直到吃完了以後纔去接，這就說明你不支持併發也不支持並行。
你吃飯吃到一半，電話來了，你停了下來接了電話，接完後繼續吃飯，這說明你支持併發。
你吃飯吃到一半，電話來了，你一邊打電話一邊吃飯，這說明你支持並行。
併發的關鍵是你有處理多個任務的能力，不一定要同時。並行的關鍵是你有同時處理多個任務的能力。
所以我認爲它們最關鍵的點就是：是否是『同時』。

原理

異步和多線程有什麼區別

其實，異步是目的，而多線程是實現這個目的的方法。異步是說，A發起一個操作後（一般都是比較耗時的操作，如果不耗時的操作就沒有必要異步了），可以繼續自顧自的處理它自己的事兒，不用幹等着這個耗時操作返回。

多線程和異步操作的異同

多線程和異步操作兩者都可以達到避免調用線程阻塞的目的，從而提高軟件的可響應性。甚至有些時候我們就認爲多線程和異步操作是等同的概念。但是，多線程和異步操作還是有一些區別的。而這些區別造成了使用多線程和異步操作的時機的區別。

異步操作的本質

所有的程序最終都會由計算機硬件來執行，所以爲了更好的理解異步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬件基礎。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬盤、光驅的技術規格中都有明確DMA的模式指標，其實網卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接內存訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬件在和內存進行數據交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發起數據傳輸時發送一個指令，硬件就開 始自己和內存交換數據，在傳輸完成之後硬件會觸發一箇中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬件基礎。所以即使在DOS 這樣的單進程（而且無線程概念）系統中也同樣可以發起異步的DMA操作。

線程的本質

線程不是一個計算機硬件的功能，而是操作系統提供的一種邏輯功能，線程本質上是進程中一段併發運行的代碼，所以線程需要操作系統投入CPU資源來運行和調度。

異步操作的優缺點

因爲異步操作無須額外的線程負擔，並且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少 共享變量的數量），減少了死鎖的可能。當然異步操作也並非完美無暇。編寫異步操作的複雜程度較高，程序主要使用回調方式進行處理，與普通人的思維方式有些 初入，而且難以調試。

多線程的優缺點

多線程的優點很明顯，線程中的處理程序依然是順序執行，符合普通人的思維習慣，所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。並且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現。

異步與多線程,從辯證關係上來看,異步和多線程並不時一個同等關係,異步是目的,多線程只是我們實現異步的一個手段.什麼是異步:異步是當一個調用請求發送給被調用者,而調用者不用等待其結果的返回.實現異步可以採用多線程技術或則交給另外的進程來處理

在Python中

Threading

參考：https://www.runoob.com/python3/python3-multithreading.html
參考：https://www.cnblogs.com/loleina/p/9651478.html

python用_Thread對接曾經的線程，但是python 3之後推薦使用Threading，我學習的也是Threading
首先來了解一下他的可調用方法

• threading.Thread(target=func,args=())
• threading.currentThread():返回當前的線程變量
• threading.enumerate():返回一個包含正在運行的線程的list。正在運行指線程啓動後、結束前，不包括啓動前和終止後的線程。 ---- enumerate 列舉
• threading.activeCount():返回正在運行的線程數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果
• run():線程的活動，當我們通過threading.Thread繼承創建一個子類，並且實例化爲線程時，需要重寫run
  start():啓動線程活動
• join([time]):等待至線程中止。這阻塞調用線程直至線程的join() 方法被調用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時發生
• isAlive():返回線程是否活動的
• getName():返回線程名
• setName():設置線程名

如果多個線程共同對某個數據修改，則可能出現不可預料的結果，爲了保證數據的正確性，需要對多個線程進行同步。
使用 Thread 對象的 Lock 和 Rlock 可以實現簡單的線程同步，這兩個對象都有 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。
多線程的優勢在於可以同時運行多個任務（至少感覺起來是這樣）。但是當線程需要共享數據時，可能存在數據不同步的問題。
考慮這樣一種情況：一個列表裏所有元素都是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，可能線程"set"開始改的時候，線程"print"便來打印列表了，輸出就成了一半0一半1，這就是數據的不同步。爲了避免這種情況，引入了鎖的概念。
鎖有兩種狀態——鎖定和未鎖定。每當一個線程比如"set"要訪問共享數據時，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，打印列表時要麼全部輸出0，要麼全部輸出1，不會再出現一半0一半1的尷尬場面

• threading.Lock.acquire():
• threading.Lock.release():

守護線程(setDaemon)
如果一個線程是守護線程，那麼它將會和主線程一起結束，而主線程會等待所有的非守護線程的子線程結束而退出。因此可以認爲，守護線程是“不重要的線程”，主線程不等它。

• t =threading.Thread(target=func,args=())
• t.setDaemon(True)

互斥鎖(Lock)
　　通過獲取鎖對象，訪問共有數據，最後釋放鎖來完成一次操作，一旦某個線程獲取了鎖，當這個線程被切換時，下個個進程無法獲取該公有數據

• threading.Lock.acquire():
• threading.Lock.release():

遞歸鎖（RLock）
　　RLock內部維護着一個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。

• threading.RLock.acquire():
• threading.RLock.release():

事件(Event)
　　如果某一個線程執行，需要判斷另一個線程的狀態，就可以使用Event，如：用Event類初始化一個event對象，線程a執行到某一步,設置event.wait()，即線程a阻塞,直到另一個線程設置event.set(),將event狀態設置爲True（默認是False）

• event = threading.Event()
• event.isSet()：返回event的狀態值
• event.clear()：恢復event的狀態值爲False
• event.wait()：如果 event.isSet()==False將阻塞線程
• event.set()： 設置event的狀態值爲True，所有阻塞池的線程激活進入就緒狀態， 等待操作系統調度

線程隊列(queue)
特點:先進先出,
作用:多個線程之間進行通信(作用不大，多進程的隊列用處大)

• q=queue.Queue()
• q.get() 獲取 無數據時會阻塞
• q.set(‘item’) 設置，先設置的數據，先取出
• q.empty() 是否爲空

Process

引用：https://www.cnblogs.com/ifyoushuai/p/9471569.html

• p=Process(target=, args=())

• p.start()：啓動進程，並調用該子進程中的p.run()

• p.run():進程啓動時運行的方法，正是它去調用target指定的函數，我們自定義類的類中一定要實現該方法

• p.terminate():強制終止進程p，不會進行任何清理操作，如果p創建了子進程，該子進程就成了殭屍進程，使用該方法需要特別小心這種情況。如果p還保存了一個鎖那麼也將不會被釋放，進而導致死鎖

• p.is_alive():如果p仍然運行，返回True

• p.join([timeout]):主線程等待p終止。timeout是可選的超時時間

• p.daemon：默認值爲False，如果設爲True，代表p爲後臺運行的守護進程，當p的父進程終止時，p也隨之終止，並且設定爲True後，p不能創建自己的新進程，必須在p.start()之前設置

• p.name:進程的名稱

• p.pid：進程的pid

• p.exitcode:進程在運行時爲None、如果爲–N，表示被信號N結束(瞭解即可)