Python中的线程

Python中的线程

1.线程创建及参数传参
2.多线程的操作
3.互斥锁和死锁

---

多任务场景介绍

生活中的多任务场景介绍

1. 提问

利用现学知识能够让两个函数或者方法同时执行吗?

不能，因为之前所写的程序都是单任务的，也就是说一个函数或者方法执行完成另外一个函数或者方法才能执行，要想实现这种操作就需要使用多任务。

多任务的最大好处是充分利用CPU资源，提高程序的执行效率。

2. 多任务的概念

多任务是指在同一时间内执行多个任务，例如: 现在电脑安装的操作系统都是多任务操作系统，可以同时运行着多个软件。

3. 多任务的执行方式

• 并发
• 并行

并发:

在一段时间内交替去执行任务。

例如:

对于单核cpu处理多任务,操作系统轮流让各个软件交替执行，假如:软件1执行0.01秒，切换到软件2，软件2执行0.01秒，再切换到软件3，执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看，每个软件都是交替执行的，但是，由于CPU的执行速度实在是太快了，我们感觉就像这些软件都在同时执行一样，这里需要注意单核cpu是并发的执行多任务的。

并行:

对于多核cpu处理多任务，操作系统会给cpu的每个内核安排一个执行的软件，多个内核是真正的一起执行软件。这里需要注意多核cpu是并行的执行多任务，始终有多个软件一起执行

4. 小结

• 使用多任务就能充分利用CPU资源，提高程序的执行效率，让你的程序具备处理多个任务的能力。
• 多任务执行方式有两种方式：并发和并行，这里并行才是多个任务真正意义一起执行。

Python中多任务场景介绍

在现实生活中，有很多的场景中的事情是同时进行的，比如跳舞和唱歌是同时进行的。

在程序中，可以使用代码来模拟唱歌和跳舞的功能：

from time import sleep

def sing():
    for i in range(3):
        print("正在唱歌...%d"%i)
        sleep(1)

def dance():
    for i in range(3):
        print("正在跳舞...%d"%i)
        sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    sing() #唱歌
    dance() #跳舞

很显然刚刚的程序并没有完成唱歌和跳舞同时进行的要求

如果想要实现“唱歌跳舞”同时进行，那么就需要一个新的方法，叫做：多任务

线程介绍及创建线程

高级线程模块

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。

创建线程及传参

导入线程模块

#导入线程模块
import threading

线程类Thread参数说明

Thread([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

• group: 线程组，目前只能使用None
• target: 执行的目标任务名
• args: 以元组的方式给执行任务传参
• kwargs: 以字典方式给执行任务传参
• name: 线程名，一般不用设置

启动线程

启动线程使用start方法

多线程操作

创建多线程

import threading
import time

# 唱歌任务
def sing():
    # 扩展： 获取当前线程
    # print("sing当前执行的线程为：", threading.current_thread())
    for i in range(3):
        print("正在唱歌...%d" % i)
        time.sleep(1)

# 跳舞任务
def dance():
    # 扩展： 获取当前线程
    # print("dance当前执行的线程为：", threading.current_thread())
    for i in range(3):
        print("正在跳舞...%d" % i)
        time.sleep(1)


if __name__ == '__main__':
    # 扩展： 获取当前线程
    # print("当前执行的线程为：", threading.current_thread())
    # 创建唱歌的线程
    # target： 线程执行的函数名
    sing_thread = threading.Thread(target=sing)

    # 创建跳舞的线程
    dance_thread = threading.Thread(target=dance)

    # 开启线程
    sing_thread.start()
    dance_thread.start()

执行结果：

正在唱歌...0
正在跳舞...0
正在唱歌...1
正在跳舞...1
正在唱歌...2
正在跳舞...2

Python中启动多线程

启动多线程使用start方法

Python多线程设置线程等待

假如我们现在创建一个子线程，这个子线程执行完大概需要2.5秒钟，现在让主线程执行1秒钟就退出程序，查看一下执行结果，示例代码如下:

import threading
import time


# 测试主线程是否会等待子线程执行完成以后程序再退出
def show_info():
    for i in range(5):
        print("test:", i)
        time.sleep(0.5)


if __name__ == '__main__':
    sub_thread = threading.Thread(target=show_info)
    sub_thread.start()

    # 主线程延时1秒
    time.sleep(1)
    print("over")

执行结果：

test: 0
test: 1
over
test: 2
test: 3
test: 4

说明:

通过上面代码的执行结果，我们可以得知: 主线程会等待所有的子线程执行结束再结束

Python中的线程无序性

import threading
import time


def task():
    time.sleep(1)
    print("当前线程:", threading.current_thread().name)


if __name__ == '__main__':

   for _ in range(5):
       sub_thread = threading.Thread(target=task)
       sub_thread.start()

执行结果：

当前线程: Thread-1
当前线程: Thread-2
当前线程: Thread-4
当前线程: Thread-5
当前线程: Thread-3

说明:

• 线程之间执行是无序的，它是由cpu调度决定的 ，cpu调度哪个线程，哪个线程就先执行，没有调度的线程不能执行。
• 进程之间执行也是无序的，它是由操作系统调度决定的，操作系统调度哪个进程，哪个进程就先执行，没有调度的进程不能执行。

Python中的守护主线程

守护主线程:

• 守护主线程就是主线程退出子线程销毁不再执行

设置守护主线程有两种方式：

1. threading.Thread(target=show_info, daemon=True)
2. 线程对象.setDaemon(True)

设置守护主线程的示例代码:

import threading
import time


# 测试主线程是否会等待子线程执行完成以后程序再退出
def show_info():
    for i in range(5):
        print("test:", i)
        time.sleep(0.5)


if __name__ == '__main__':
    # 创建子线程守护主线程 
    # daemon=True 守护主线程
    # 守护主线程方式1
    sub_thread = threading.Thread(target=show_info, daemon=True)
    # 设置成为守护主线程，主线程退出后子线程直接销毁不再执行子线程的代码
    # 守护主线程方式2
    # sub_thread.setDaemon(True)
    sub_thread.start()

    # 主线程延时1秒
    time.sleep(1)
    print("over")

执行结果:

test: 0
test: 1
over

Python中多线程共享全局变量

需求:

1. 定义一个列表类型的全局变量

2. 创建两个子线程分别执行向全局变量添加数据的任务和向全局变量读取数据的任务

3. 查看线程之间是否共享全局变量数据

   import threading
   import time
   
   
   # 定义全局变量
   my_list = list()
   
   # 写入数据任务
   def write_data():
       for i in range(5):
           my_list.append(i)
           time.sleep(0.1)
       print("write_data:", my_list)
   
   
   # 读取数据任务
   def read_data():
       print("read_data:", my_list)
   
   
   if __name__ == '__main__':
       # 创建写入数据的线程
       write_thread = threading.Thread(target=write_data)
       # 创建读取数据的线程
       read_thread = threading.Thread(target=read_data)
   
       write_thread.start()
       # 延时
       # time.sleep(1)
       # 主线程等待写入线程执行完成以后代码在继续往下执行
       write_thread.join()
       print("开始读取数据啦")
       read_thread.start()
       
   执行结果:
   
   write_data: [0, 1, 2, 3, 4]
   开始读取数据啦
   read_data: [0, 1, 2, 3, 4]
   

Python中多线程共享全局变量的注意点

假设两个线程t1和t2都要对全局变量g_num(默认是0)进行加1运算，t1和t2都各对g_num加10次，g_num的最终的结果应该为20。

但是由于是多线程同时操作，有可能出现下面情况：

1. 在g_num=0时，t1取得g_num=0。此时系统把t1调度为”sleeping”状态，把t2转换为”running”状态，t2也获得g_num=0
2. 然后t2对得到的值进行加1并赋给g_num，使得g_num=1
3. 然后系统又把t2调度为”sleeping”，把t1转为”running”。线程t1又把它之前得到的0加1后赋值给g_num。
4. 这样导致虽然t1和t2都对g_num加1，但结果仍然是g_num=1

测试1

import threading
import time

g_num = 0

def work1(num):
    global g_num
    for i in range(num):
        g_num += 1
    print("----in work1, g_num is %d---"%g_num)


def work2(num):
    global g_num
    for i in range(num):
        g_num += 1
    print("----in work2, g_num is %d---"%g_num)


print("---线程创建之前g_num is %d---"%g_num)

t1 = threading.Thread(target=work1, args=(100,))
t1.start()

t2 = threading.Thread(target=work2, args=(100,))
t2.start()

while len(threading.enumerate()) != 1:
    time.sleep(1)

print("2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:%s" % g_num)

运行结果：

---线程创建之前g_num is 0---
----in work1, g_num is 100---
----in work2, g_num is 200---
2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:200

测试2

import threading
import time

g_num = 0

def work1(num):
    global g_num
    for i in range(num):
        g_num += 1
    print("----in work1, g_num is %d---"%g_num)


def work2(num):
    global g_num
    for i in range(num):
        g_num += 1
    print("----in work2, g_num is %d---"%g_num)


print("---线程创建之前g_num is %d---"%g_num)

t1 = threading.Thread(target=work1, args=(1000000,))
t1.start()

t2 = threading.Thread(target=work2, args=(1000000,))
t2.start()

while len(threading.enumerate()) != 1:
    time.sleep(1)

print("2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:%s" % g_num)

运行结果：

---线程创建之前g_num is 0---
----in work1, g_num is 1088005---
----in work2, g_num is 1286202---
2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:1286202

结论

• 如果多个线程同时对同一个全局变量操作，会出现资源竞争问题，从而数据结果会不正确

互斥锁

1.互斥锁的概念

互斥锁: 对共享数据进行锁定，保证同一时刻只能有一个线程去操作。

注意:

• 互斥锁是多个线程一起去抢，抢到锁的线程先执行，没有抢到锁的线程需要等待，等互斥锁使用完释放后，其它等待的线程再去抢这个锁。

为了更好的理解互斥锁，请看下面的图:

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gq1N5nUX-1648170850619)(./image/7-3.png)]

2. 互斥锁的使用

threading模块中定义了Lock变量，这个变量本质上是一个函数，通过调用这个函数可以获取一把互斥锁。

互斥锁使用步骤:

# 创建锁
mutex = threading.Lock()

# 上锁
mutex.acquire()
...这里编写代码能保证同一时刻只能有一个线程去操作, 对共享数据进行锁定...

# 释放锁
mutex.release()

注意点:

• acquire和release方法之间的代码同一时刻只能有一个线程去操作
• 如果在调用acquire方法的时候 其他线程已经使用了这个互斥锁，那么此时acquire方法会堵塞，直到这个互斥锁释放后才能再次上锁。

3. 使用互斥锁完成2个线程对同一个全局变量各加100万次的操作

import threading


# 定义全局变量
g_num = 0

# 创建全局互斥锁
lock = threading.Lock()


# 循环一次给全局变量加1
def sum_num1():
    # 上锁
    lock.acquire()
    for i in range(1000000):
        global g_num
        g_num += 1

    print("sum1:", g_num)
    # 释放锁
    lock.release()


# 循环一次给全局变量加1
def sum_num2():
    # 上锁
    lock.acquire()
    for i in range(1000000):
        global g_num
        g_num += 1
    print("sum2:", g_num)
    # 释放锁
    lock.release()


if __name__ == '__main__':
    # 创建两个线程
    first_thread = threading.Thread(target=sum_num1)
    second_thread = threading.Thread(target=sum_num2)
    # 启动线程
    first_thread.start()
    second_thread.start()

    # 提示：加上互斥锁，那个线程抢到这个锁我们决定不了，那线程抢到锁那个线程先执行，没有抢到的线程需要等待
    # 加上互斥锁多任务瞬间变成单任务，性能会下降，也就是说同一时刻只能有一个线程去执行

执行结果:

sum1: 1000000
sum2: 2000000

说明:

通过执行结果可以得知互斥锁能够保证多个线程访问共享数据不会出现数据错误问题

5. 小结

• 互斥锁的作用就是保证同一时刻只能有一个线程去操作共享数据，保证共享数据不会出现错误问题
• 使用互斥锁的好处确保某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地去执行
• 使用互斥锁会影响代码的执行效率，多任务改成了单任务执行
• 互斥锁如果没有使用好容易出现死锁的情况

死锁 ★★★★★

1、死锁的概念

死锁: 一直等待对方释放锁的情景就是死锁

为了更好的理解死锁，来看一个现实生活的效果图:

说明:

现实社会中，男女双方一直等待对方先道歉的这种行为就好比是死锁。

死锁的结果

• 会造成应用程序的停止响应，不能再处理其它任务了

2. 死锁示例

需求:

根据下标在列表中取值, 保证同一时刻只能有一个线程去取值

import threading
import time

# 创建互斥锁
lock = threading.Lock()


# 根据下标去取值， 保证同一时刻只能有一个线程去取值
def get_value(index):

    # 上锁
    lock.acquire()
    print(threading.current_thread())
    my_list = [3,6,8,1]
    # 判断下标释放越界
    if index >= len(my_list):
        print("下标越界:", index)
        return
    value = my_list[index]
    print(value)
    time.sleep(0.2)
    # 释放锁
    lock.release()


if __name__ == '__main__':
    # 模拟大量线程去执行取值操作
    for i in range(30):
        sub_thread = threading.Thread(target=get_value, args=(i,))
        sub_thread.start()

3. 避免死锁

• 在合适的地方释放锁

import threading
import time

# 创建互斥锁
lock = threading.Lock()


# 根据下标去取值， 保证同一时刻只能有一个线程去取值
def get_value(index):

    # 上锁
    lock.acquire()
    print(threading.current_thread())
    my_list = [3,6,8,1]
    if index >= len(my_list):
        print("下标越界:", index)
        # 当下标越界需要释放锁，让后面的线程还可以取值
        lock.release()
        return
    value = my_list[index]
    print(value)
    time.sleep(0.2)
    # 释放锁
    lock.release()


if __name__ == '__main__':
    # 模拟大量线程去执行取值操作
    for i in range(30):
        sub_thread = threading.Thread(target=get_value, args=(i,))
        sub_thread.start()

4. 小结

• 使用互斥锁的时候需要注意死锁的问题，要在合适的地方注意释放锁。
• 死锁一旦产生就会造成应用程序的停止响应，应用程序无法再继续往下执行了。

---

五、总结

1.掌握线程创建及参数传递
2.掌握多线程间的相关操作和特性
3.掌握互斥锁和死锁应用原理

---

index):

# 上锁
lock.acquire()
print(threading.current_thread())
my_list = [3,6,8,1]
if index >= len(my_list):
    print("下标越界:", index)
    # 当下标越界需要释放锁，让后面的线程还可以取值
    lock.release()
    return
value = my_list[index]
print(value)
time.sleep(0.2)
# 释放锁
lock.release()

if name == ‘main’:
# 模拟大量线程去执行取值操作
for i in range(30):
sub_thread = threading.Thread(target=get_value, args=(i,))
sub_thread.start()

**4. 小结**

- 使用互斥锁的时候需要注意死锁的问题，要在合适的地方注意释放锁。
- 死锁一旦产生就会造成应用程序的停止响应，应用程序无法再继续往下执行了。

------

## 五、知识总结

1.掌握线程创建及参数传递
2.掌握多线程间的相关操作和特性
3.掌握互斥锁和死锁应用原理