Python多线程鸡年不鸡肋

原文链接: http://thief.one/2017/02/17/Python多线程鸡年不鸡肋/

   当初在刚学习python多线程时，上网搜索资料几乎都是一片倒的反应python没有真正意义上的多线程，python多线程就是鸡肋。当时不明所以，只是了解到python带有GIL解释器锁的概念，同一时刻只能有一个线程在运行，遇到IO操作才会释放切换。那么，python多线程是否真的很鸡肋呢？要解决这个疑惑，我想必须亲自动手测试。

经过对比python与java的多线程测试，我发现python多线程的效率确实不如java，但远还没有达到鸡肋的程度，那么跟其他机制相比较呢？

观点：用多进程替代多线程需求

辗转了多篇博文，我看到了一些网友的观点，觉得应该使用python多进程来代替多线程的需求，因为多进程不受GIL的限制。于是我便动手使用多进程去解决一些并发问题，期间也遇到了一些坑，所幸大部分查找资料解决了，然后对多进程做了简单汇总介绍Python多进程。

那么是否多进程能完全替代多线程呢？别急，我们继续往下看。

观点：协程为最佳方案

协程的概念目前来说是比较火热的，协程不同于线程的地方在于协程不是操作系统进行切换，而是由程序员编码进行切换的，也就是说切换是由程序员控制的，这样就没有了线程所谓的安全问题。协程的概念非常广而深，本文暂不做具体介绍，以后会单独成文。

测试数据

好了，网上的观点无非是使用多进程或者协程来代替多线程（当然换编程语言，换解释器之类方法除外），那么我们就来测试下这三者的性能之差。既然要公平测试，就应该考虑IO密集型与CPU密集型的问题，所以分两组数据进行测试。

IO密集型测试

测试IO密集型，我选择最常用的爬虫功能，计算爬虫访问bing所需要的时间。（主要测试多线程与协程，单线程与多进程就不测了，因为没有必要）

测试代码：

#! -*- coding:utf-8 -*-

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import time
import threading
import urllib2

def urllib2_(url):
	try:
		urllib2.urlopen(url,timeout=10).read()
	except Exception,e:
		print e

def gevent_(urls):
	jobs=[gevent.spawn(urllib2_,url) for url in urls]
	gevent.joinall(jobs,timeout=10)
	for i in jobs:
		i.join()

def thread_(urls):
	a=[]
	for url in urls:
		t=threading.Thread(target=urllib2_,args=(url,))
		a.append(t)

	for i in a:
		i.start()
	for i in a:
		i.join()

if __name__=="__main__":
	urls=["https://www.bing.com/"]*10      
	t1=time.time()
	gevent_(urls)
	t2=time.time()
	print 'gevent-time:%s' % str(t2-t1)
	thread_(urls)
	t4=time.time()
	print 'thread-time:%s' % str(t4-t2)

测试结果：

访问10次

gevent-time:0.380326032639

thread-time:0.376606941223

访问50次

gevent-time:1.3358900547

thread-time:1.59564089775

访问100次

gevent-time:2.42984986305

thread-time:2.5669670105

访问300次

gevent-time:6.66330099106

thread-time:10.7605059147

从结果可以看出，当并发数不断增大时，协程的效率确实比多线程要高，但在并发数不是那么高时，两者差异不大。

CPU密集型

CPU密集型，我选择科学计算的一些功能，计算所需时间。（主要测试单线程、多线程、协程、多进程）

测试代码：

#! -*- coding:utf-8 -*-

from multiprocessing import Process as pro
from multiprocessing.dummy import Process as thr
from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent

def run(i):
	lists=range(i)
	list(set(lists))
	
if __name__=="__main__":
	'''
	多进程
	'''
	for i in range(30):      ##10-2.1s 20-3.8s 30-5.9s
		t=pro(target=run,args=(5000000,))
		t.start()

	'''
	多线程
	'''
	# for i in range(30): ##10-3.8s 20-7.6s 30-11.4s
	# t=thr(target=run,args=(5000000,))
	# t.start()

	'''
	协程
	'''
	# jobs=[gevent.spawn(run,5000000) for i in range(30)] ##10-4.0s 20-7.7s 30-11.5s
	# gevent.joinall(jobs)
	# for i in jobs:
	# i.join()

	'''
	单线程
	'''
	# for i in range(30): ##10-3.5s 20-7.6s 30-11.3s
	# run(5000000)

测试结果：

• 并发10次：【多进程】2.1s 【多线程】3.8s   【协程】4.0s  【单线程】3.5s
• 并发20次：【多进程】3.8s 【多线程】7.6s   【协程】7.7s  【单线程】7.6s
• 并发30次：【多进程】5.9s 【多线程】11.4s 【协程】11.5s 【单线程】11.3s

可以看到，在CPU密集型的测试下，多进程效果明显比其他的好，多线程、协程与单线程效果差不多。这是因为只有多进程完全使用了CPU的计算能力。在代码运行时，我们也能够看到，只有多进程可以将CPU使用率占满。

本文结论

从两组数据我们不难发现，python多线程并没有那么鸡肋。如若不然，Python3为何不去除GIL呢？对于此问题，Python社区也有两派意见，这里不再论述，我们应该尊重Python之父的决定。

至于何时该用多线程，何时用多进程，何时用协程？想必答案已经很明显了。

当我们需要编写并发爬虫等IO密集型的程序时，应该选用多线程或者协程（亲测差距不是特别明显）；当我们需要科学计算，设计CPU密集型程序，应该选用多进程。当然以上结论的前提是，不做分布式，只在一台服务器上测试。

答案已经给出，本文是否就此收尾？既然已经论述Python多线程尚有用武之地，那么就来介绍介绍其用法吧。

Multiprocessing.dummy模块

Multiprocessing.dummy用法与多进程Multiprocessing用法类似，只是在import包的时候，加上.dummy。

用法参考Multiprocessing用法

threading模块

这是python自带的threading多线程模块，其创建多线程主要有2种方式。一种为继承threading类，另一种使用threading.Thread函数，接下来将会分别介绍这两种用法。

Usage【1】

利用threading.Thread()函数创建线程。

代码：

def run(i):
	print i

for i in range(10):
	t=threading.Thread(target=run,args=(i,))
	t.start()

说明：Thread()函数有2个参数，一个是target，内容为子线程要执行的函数名称；另一个是args，内容为需要传递的参数。创建完子线程，将会返回一个对象，调用对象的start方法，可以启动子线程。

线程对象的方法：

• Start() 开始线程的执行
• Run() 定义线程的功能的函数
• Join(timeout=None) 程序挂起，直到线程结束；如果给了timeout，则最多阻塞timeout秒
• getName() 返回线程的名字
• setName() 设置线程的名字
• isAlive() 布尔标志，表示这个线程是否还在运行
• isDaemon() 返回线程的daemon标志
• setDaemon(daemonic) 把线程的daemon标志设为daemonic（一定要在start（）函数前调用）
• t.setDaemon(True) 把父线程设置为守护线程，当父进程结束时，子进程也结束。

threading类的方法：

• threading.enumerate() 正在运行的线程数量

Usage【2】

通过继承threading类，创建线程。

代码：

import threading

class test(threading.Thread):
    def __init__(self):
        threading.Thread.__init__(self)

    def run(self):
        try:
            print "code one"
        except:
            pass

for i in range(10):
    cur=test()
    cur.start()
for i in range(10):
    cur.join()

说明：此方法继承了threading类，并且重构了run函数功能。

获取线程返回值问题

有时候，我们往往需要获取每个子线程的返回值。然而通过调用普通函数，获取return值的方式在多线程中并不适用。因此需要一种新的方式去获取子线程返回值。

代码：

import threading

class test(threading.Thread):
    def __init__(self):
        threading.Thread.__init__(self)

    def run(self):
        self.tag=1

    def get_result(self):
        if self.tag==1:
            return True
        else:
            return False

f=test()
f.start()
while f.isAlive():
    continue
print f.get_result()

说明：多线程获取返回值的首要问题，就是子线程什么时候结束？我们应该什么时候去获取返回值？可以使用isAlive()方法判断子线程是否存活。

控制线程运行数目

当需要执行的任务非常多时，我们往往需要控制线程的数量，threading类自带有控制线程数量的方法。

代码：

import threading

maxs=10  ##并发的线程数量
threadLimiter=threading.BoundedSemaphore(maxs)
class test(threading.Thread):
    def __init__(self):
        threading.Thread.__init__(self)

    def run(self):
        threadLimiter.acquire()  #获取
        try:
            print "code one"
        except:
            pass
        finally:
            threadLimiter.release() #释放

for i in range(100):
    cur=test()
    cur.start()
for i in range(100):
    cur.join()

说明：以上程序可以控制多线程并发数为10，超过这个数量会引发异常。

除了自带的方法，我们还可以设计其他方案：

threads=[]
'''
创建所有线程
'''
for i in range(10):
	t=threading.Thread(target=run,args=(i,))
	threads.append(t)
'''
启动列表中的线程
'''
for t in threads:
    t.start()
    while True:
        #判断正在运行的线程数量,如果小于5则退出while循环,
        #进入for循环启动新的进程.否则就一直在while循环进入死循环
        if(len(threading.enumerate())<5):
            break

以上两种方式皆可以，本人更喜欢用下面那种方式。

多进程问题，可以赶赴Python多进程现场，其他关于多线程问题，可以下方留言讨论

申明：本文谈不上原创，其中借鉴了网上很多大牛的文章，本人只是在此测试论述Python多线程相关问题，并简单介绍Python多线程的基本用法，为新手朋友解惑。

术业有专攻，如是而已