python 多线程篇
文章目录
- 线程
- 多线程
本文将会介绍 Python 编程语言中多线程处理的基础知识。就像多处理一样，多线程是实现多任务处理的一种方式。在多线程处理中，使用 线程的概念。
让我们首先了解计算机体系结构中线程的概念。
线程
在计算中，进程是正在执行的计算机程序的实例。任何过程都有 3 个基本组件：
- 可执行程序。
- 程序所需的关联数据（变量、工作空间、缓冲区等）
- 程序的执行上下文（进程状态）
线程是进程中可以安排执行的实体。此外，它是可以在操作系统（操作系统）中执行的最小处理单元。
简单来说，线程是程序中可以独立于其他代码执行的此类指令序列。为简单起见，您可以假设线程只是进程的子集！
线程在线程控制块 （TCB） 中包含所有这些信息：
- 线程标识符： 将唯一 ID （TID） 分配给每个新线程
- 堆栈指针： 指向进程中的线程堆栈。堆栈包含线程作用域下的局部变量。
- 程序计数器： 存储线程当前正在执行的指令地址的寄存器。
- 线程状态： 可以是正在运行、就绪、等待、启动或完成。
- 线程的寄存器集： 分配给线程进行计算的寄存器。
- 父进程指针： 指向线程所在的进程的过程控制块 （PCB） 的指针。
请参考下图以了解进程与其线程之间的关系：
多线程
一个进程中可以存在多个线程，其中：
- 每个线程都包含自己的寄存器集和局部变量（存储在堆栈中）。
- 进程的所有线程共享全局变量（存储在堆中） 和程序代码。
请参考下图以了解内存中如何存在多个线程：
在Python中，线程模块提供了一个非常简单直观的API，用于在程序中生成多个线程。
让我们考虑一个使用线程模块的简单示例：
import threading
def print_cube(num):
"""用于打印给定数字的多维数据集的函数"""
print("Cube: {}".format(num * num * num))
def print_square(num):
"""函数打印给定数值的平方"""
print("Square: {}".format(num * num))
if __name__ == "__main__":
# 创建线程
t1 = threading.Thread(target=print_square, args=(10,))
t2 = threading.Thread(target=print_cube, args=(10,))
# 启动线程1
t1.start()
# 启动线程2
t2.start()
# 等待线程1完全执行
t1.join()
# 等待线程2完全执行
t2.join()
# 两个线程都已完全执行
print("Done!")
运行结果：
让我们试着理解上面的代码：
-
要导入线程模块，我们需要：
import threading -
要创建一个新线程，我们创建一个 Thread 类的对象。它需要以下参数：
- 目标：线程要执行的函数
- args：要传递给目标函数的参数
在上面的例子中，我们创建了2个具有不同目标函数的线程：
t1 = threading.Thread(target=print_square, args=(10,)) t2 = threading.Thread(target=print_cube, args=(10,)) -
要启动线程，我们使用 Thread 类的 start 方法。
t1.start() t2.start() -
一旦线程启动，当前程序（你可以把它想象成一个主线程）也会继续执行。为了停止当前程序的执行，直到线程完成，我们使用连接方法。
t1.join() t2.join()因此，当前程序将首先等待 t1 的完成，然后等待 t2 完成。完成后，将执行当前程序的其余语句。
考虑下图，以更好地了解上述程序的工作原理：
考虑下面给出的python程序，其中我们为每个任务打印线程名称和相应的进程：
import threading
import os
def task1():
print("任务1分配给线程: {}".format(threading.current_thread().name))
print("运行任务1的进程ID: {}".format(os.getpid()))
def task2():
print("任务2分配给线程: {}".format(threading.current_thread().name))
print("运行任务2的进程ID: {}".format(os.getpid()))
if __name__ == "__main__":
# 打印当前进程的ID
print("运行主程序的进程ID: {}".format(os.getpid()))
# 打印主线程名称
print("主线程名称: {}".format(threading.current_thread().name))
# 创建线程
t1 = threading.Thread(target=task1, name='t1')
t2 = threading.Thread(target=task2, name='t2')
# 启动线程
t1.start()
t2.start()
# 等待所有线程完成
t1.join()
t2.join()
运行结果：
让我们试着理解上面的代码：
-
我们使用 os.getpid（） 函数来获取当前进程的 ID。
print("运行主程序的进程ID: {}".format(os.getpid()))从输出中可以清楚地看出，所有线程的进程 ID 都保持不变。
-
我们使用threading.main_thread（） 函数来获取主线程对象。在正常情况下，主线程是启动Python解释器的线程。线程对象的 name 属性用于获取线程的名称。
print("主线程名称: {}".format(threading.main_thread().name)) -
我们使用 threading.current_thread（） 函数来获取当前线程对象。
print("任务1分配的线程: {}".format(threading.current_thread().name))
下图阐明了上述概念：
