python学习笔记——多线程编程
python学习笔记——多线程编程
基础不必多讲,还是直接进入python。
Python代码代码的执行由python虚拟机(也叫解释器主循环)来控制。Python在设计之初就考虑到要在主循环中,同时只有一个线程在执行,就像单CPU的系统中运行多个进程那样,内存中可以存放多个程序,但任意时候,只有一个程序在CPU中运行。同样,虽然python解释器可以“运行”多个线程,但在任意时刻,只有一个线程在解释器中运行。
对python虚拟机的访问由全局解释器锁(GIL)来控制,这个GIL能保证同一时刻只有一个线程在运行。在多线程环境中,python虚拟机按以下方式执行:
1 设置GIL
2 切换到一个线程去运行
3 运行:(a.指定数量的字节码指令,或者b.线程主动让出控制(可以调用time.sleep()))
4 把线程设置为睡眠状态
5 解锁GIL
6 重复以上所有步骤
那么为什么要提出多线程呢?我们首先看一个单线程的例子。
from time import sleep,ctime
def loop0():
print 'start loop 0 at:',ctime()
sleep(4)
print 'loop 0 done at:',ctime()
def loop1():
print 'start loop 1 at:',ctime()
sleep(2)
print 'loop 1 done at:',ctime()
def main():
print 'starting at:',ctime()
loop0()
loop1()
print 'all DONE at:',ctime()
if __name__=='__main__':
main()
运行结果:
>>>
starting at: Mon Aug 31 10:27:23 2009
start loop 0 at: Mon Aug 31 10:27:23 2009
loop 0 done at: Mon Aug 31 10:27:27 2009
start loop 1 at: Mon Aug 31 10:27:27 2009
loop 1 done at: Mon Aug 31 10:27:29 2009
all DONE at: Mon Aug 31 10:27:29 2009
>>>
可以看到单线程中的两个循环, 只有一个循环结束后另一个才开始。 总共用了6秒多的时间。假设两个loop中执行的不是sleep,而是一个别的运算的话,如果我们能让这些运算并行执行的话,是不是可以减少总的运行时间呢,这就是我们提出多线程的前提。
Python中的多线程模块:thread,threading,Queue。
1 thread ,这个模块一般不建议使用。下面我们直接把以上的例子改一下,演示一下。
from time import sleep,ctime
import thread
def loop0():
print 'start loop 0 at:',ctime()
sleep(4)
print 'loop 0 done at:',ctime()
def loop1():
print 'start loop 1 at:',ctime()
sleep(2)
print 'loop 1 done at:',ctime()
def main():
print 'starting at:',ctime()
thread.start_new_thread(loop0,())
thread.start_new_thread(loop1,())
sleep(6)
print 'all DONE at:',ctime()
if __name__=='__main__':
main()
运行结果:
>>>
starting at: Mon Aug 31 11:04:39 2009
start loop 0 at: Mon Aug 31 11:04:39 2009
start loop 1 at: Mon Aug 31 11:04:39 2009
loop 1 done at: Mon Aug 31 11:04:41 2009
loop 0 done at: Mon Aug 31 11:04:43 2009
all DONE at: Mon Aug 31 11:04:45 2009
>>>
可以看到实际是运行了4秒两个loop就完成了。效率确实提高了。
2 threading模块
首先看一下threading模块中的对象:
Thread :表示一个线程的执行的对象
Lock :锁原语对象
RLock :可重入锁对象。使单线程可以再次获得已经获得的锁
Condition :条件变量对象能让一个线程停下来,等待其他线程满足了某个“条件”,如状态的改变或值的改变
Event :通用的条件变量。多个线程可以等待某个事件发生,在事件发生后,所有的线程都被激活
Semaphore :为等待锁的线程提供一个类似“等候室”的结构
BoundedSemaphore :与semaphore类似,只是它不允许超过初始值
Timer : 与Thread类似,只是,它要等待一段时间后才开始运行
其中Thread类是你主要的运行对象,它有很多函数,用它你可以用多种方法来创建线程,常用的为以下三种。
创建一个Thread的实例,传给它一个函数
创建一个Thread实例,传给它一个可调用的类对象
从Thread派生出一个子类,创建一个这个子类的实例
Thread类的函数有:
getName(self) 返回线程的名字
|
| isAlive(self) 布尔标志,表示这个线程是否还在运行中
|
| isDaemon(self) 返回线程的daemon标志
|
| join(self, timeout=None) 程序挂起,直到线程结束,如果给出timeout,则最多阻塞timeout秒
|
| run(self) 定义线程的功能函数
|
| setDaemon(self, daemonic) 把线程的daemon标志设为daemonic
|
| setName(self, name) 设置线程的名字
|
| start(self) 开始线程执行
下面看一个例子:(方法一:创建Thread实例,传递一个函数给它)
import threading
from time import sleep,ctime
loops=[4,2]
def loop(nloop,nsec):
print 'start loop',nloop,'at:',ctime()
sleep(nsec)
print 'loop',nloop,'done at:',ctime()
def main():
print 'starting at:',ctime()
threads=[]
nloops=range(len(loops))
for i in nloops:
t=threading.Thread(target=loop,args=(i,loops[i]))
threads.append(t)
for i in nloops:
threads[i].start()
for i in nloops:
threads[i].join()
print 'all done at:',ctime()
if __name__=='__main__':
main()
可以看到第一个for循环,我们创建了两个线程,这里用到的是给Thread类传递了函数,把两个线程保存到threads列表中,第二个for循环是让两个线程开始执行。然后再让每个线程分别调用join函数,使程序挂起,直至两个线程结束。
另外的例子:(方法二:创建一个实例,传递一个可调用的类的对象)
import threading
from time import sleep,ctime
loops=[4,2]
class ThreadFunc(object):
def __init__(self,func,args,name=''):
self.name=name
self.func=func
self.args=args
def __call__(self):
self.res=self.func(*self.args)
def loop(nloop,nsec):
print 'start loop',nloop,'at:',ctime()
sleep(nsec)
print 'loop',nloop,'done at:',ctime()
def main():
print 'starting at:',ctime()
threads=[]
nloops=range(len(loops))
for i in nloops:
t=threading.Thread(target=ThreadFunc(loop,(i,loops[i]),loop.__name__))
threads.append(t)
for i in nloops:
threads[i].start()
for i in nloops:
threads[i].join()
print 'all done at:',ctime()
if __name__=='__main__':
main()
最后的方法:(方法三:创建一个这个子类的实例)
import threading
from time import sleep,ctime
loops=(4,2)
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,func,args,name=''):
threading.Thread.__init__(self)
self.name=name
self.func=func
self.args=args
def run(self):
apply(self.func,self.args)
def loop(nloop,nsec):
print 'start loop',nloop,'at:',ctime()
sleep(nsec)
print 'loop',nloop,'done at:',ctime()
def main():
print 'starting at:',ctime()
threads=[]
nloops=range(len(loops))
for i in nloops:
t=MyThread(loop,(i,loops[i]),loop.__name__)
threads.append(t)
for i in nloops:
threads[i].start()
for i in nloops:
threads[i].join()
print 'all done at:',ctime()
if __name__=='__main__':
main()
另外我们可以把MyThread单独编成一个脚本模块,然后我们可以在别的程序里导入这个模块直接使用。
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