Python 学习之线程

线程是最小的执行单元，而进程由至少一个线程组成。如何调度进程和线程，完全由操作系统决定，程序自己不能决定什么时候执行，执行多长时间。
在 Python 中我们要同时执行多个任务怎么办？
有两种解决方案：

• 启动多个进程，每个进程虽然只有一个线程，但多个进程可以一块执行多个任务。
• 启动一个进程，在一个进程内启动多个线程，这样，多个线程也可以一块执行多个任务。
• 启动多个进程，每个进程再启动多个线程，这样同时执行的任务就更多了，当然这种模型更复杂，实际很少采用。
  总结一下就是，多任务的实现有 3 种方式：
• 多进程模式；
• 多线程模式；
• 多进程+多线程模式。

多线程

Python 的标准库提供了两个模块：_thread 和 threading，_thread 是低级模块， threading 是高级模块，对 _thread 进行了封装。绝大多数情况下，我们只需要使用 threading 这个高级模块。

import time, threading

# 新线程执行的代码:
def loop():
    print('thread %s is running...' % threading.current_thread().name)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('thread %s >>> %s' % (threading.current_thread().name, n))
        time.sleep(1)
    print('thread %s ended.' % threading.current_thread().name)

print('thread %s is running...' % threading.current_thread().name)
t = threading.Thread(target=loop, name='LoopThread')
t.start()
t.join()
print('thread %s ended.' % threading.current_thread().name)

结果：

thread MainThread is running...
thread LoopThread is running...
thread LoopThread >>> 1
thread LoopThread >>> 2
thread LoopThread >>> 3
thread LoopThread >>> 4
thread LoopThread >>> 5
thread LoopThread ended.
thread MainThread ended.

Python 的 threading 模块有个 current_thread() 函数，它永远返回当前线程的实例。主线程实例的名字叫 MainThread ，子线程的名字在创建时指定，我们用 LoopThread 命名子线程。名字仅仅在打印时用来显示，完全没有其他意义，如果不起名字 Python 就自动给线程命名为 Thread-1，Thread-2……

线程同步与互斥锁

使用线程加载获取数据，通常都会造成数据不同步的情况。当然，这时候我们可以给资源进行加锁，也就是访问资源的线程需要获得锁才能访问。
其中 threading 模块给我们提供了一个 Lock 功能。

lock = threading.Lock()

在线程中获取锁

lock.acquire()

使用完成后，我们肯定需要释放锁

lock.release()

Condition 条件变量

Python 提供了 Condition 对象。
使用 Condition 对象可以在某些事件触发或者达到特定的条件后才处理数据，Condition 除了具有 Lock 对象的 acquire 方法和 release 方法外，还提供了 wait 和 notify 方法。

线程首先 acquire 一个条件变量锁。如果条件不足，则该线程 wait，如果满足就执行线程，甚至可以 notify 其他线程。其他处于 wait 状态的线程接到通知后会重新判断条件。

其中条件变量可以看成不同的线程先后 acquire 获得锁，如果不满足条件，可以理解为被扔到一个（ Lock 或 RLock ）的 waiting 池。直到其他线程 notify 之后再重新判断条件。不断的重复这一过程，从而解决复杂的同步问题。

线程间通信

从一个线程向另一个线程发送数据最安全的方式可能就是使用 queue 库中的队列了。创建一个被多个线程共享的 Queue 对象，这些线程通过使用 put() 和 get() 操作来向队列中添加或者删除元素。

# -*- coding: UTF-8 -*-
from queue import Queue
from threading import Thread

isRead = True


def write(q):
    # 写数据进程
    for value in ['两点水', '三点水', '四点水']:
        print('写进 Queue 的值为：{0}'.format(value))
        q.put(value)


def read(q):
    # 读取数据进程
    while isRead:
        value = q.get(True)
        print('从 Queue 读取的值为：{0}'.format(value))


if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    t1 = Thread(target=write, args=(q,))
    t2 = Thread(target=read, args=(q,))
    t1.start()
    t2.start()

结果：

写进 Queue 的值为：两点水
写进 Queue 的值为：三点水
从 Queue 读取的值为：两点水
写进 Queue 的值为：四点水
从 Queue 读取的值为：三点水
从 Queue 读取的值为：四点水

Python 还提供了 Event 对象用于线程间通信，它是由线程设置的信号标志，如果信号标志位真，则其他线程等待直到信号接触。

Event 对象实现了简单的线程通信机制，它提供了设置信号，清楚信号，等待等用于实现线程间的通信。

• 设置信号
  使用 Event 的 set() 方法可以设置 Event 对象内部的信号标志为真。Event 对象提供了 isSe() 方法来判断其内部信号标志的状态。当使用 event 对象的 set() 方法后，isSet() 方法返回真

• 清除信号
  使用 Event 对象的 clear() 方法可以清除 Event 对象内部的信号标志，即将其设为假，当使用 Event 的 clear 方法后，isSet() 方法返回假

• 等待
  Event 对象 wait 的方法只有在内部信号为真的时候才会很快的执行并完成返回。当 Event 对象的内部信号标志位假时，则 wait 方法一直等待到其为真时才返回。

实例

# -*- coding: UTF-8 -*-

import threading


class mThread(threading.Thread):
    def __init__(self, threadname):
        threading.Thread.__init__(self, name=threadname)

    def run(self):
        # 使用全局Event对象
        global event
        # 判断Event对象内部信号标志
        if event.isSet():
            event.clear()
            event.wait()
            print(self.getName())
        else:
            print(self.getName())
            # 设置Event对象内部信号标志
            event.set()

# 生成Event对象
event = threading.Event()
# 设置Event对象内部信号标志
event.set()
t1 = []
for i in range(10):
    t = mThread(str(i))
    # 生成线程列表
    t1.append(t)

for i in t1:
    # 运行线程
    i.start()

结果：

1
0
3
2
5
4
7
6
9
8

小结

多线程编程，模型复杂，容易发生冲突，必须用锁加以隔离，同时，又要小心死锁的发生。

Python解释器由于设计时有GIL全局锁，导致了多线程无法利用多核。多线程的并发在Python中就是一个美丽的梦。