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Python多线程编程方式2 threading库的介绍
# 返回当前的线程变量。
threading.currentThread()
# 返回一个包含正在运行的线程的list。
# 正在运行指线程启动后、结束前,不包括启动前和终止后的线程。
threading.enumerate()
# 返回正在运行的线程数量,与len(threading.enumerate())有相同的结果。
threading.activeCount()
threading模块提供的类:
Thread, Lock, Rlock, Condition, [Bounded]Semaphore, Event, Timer, local.
Thread是线程类,有两种使用方法,直接传入要运行的方法或从Thread继承并重载run():
#!/usr/bin/env python #example1.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 import threading # 方法1:将要执行的方法作为参数传给Thread的构造方法 def func(): print('func() passed to Thread') t = threading.Thread(target=func) t.start()
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#!/usr/bin/env python #example2.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 import threading # 方法2:从Thread继承,并重写run() class MyThread(threading.Thread): def run(self): print('MyThread extended from Thread') t = MyThread() t.start()
构造方法:
Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={})
group: 线程组,目前还没有实现,库引用中提示必须是None;
target: 要执行的方法;
name: 线程名;
args/kwargs: 要传入方法的参数。
实例方法:
isAlive(): 返回线程是否在运行。正在运行指启动后、终止前。
get/setName(name): 获取/设置线程名。
is/setDaemon(bool): 获取/设置是否守护线程。初始值从创建该线程的线程继承。当没有非守护线程仍在运行时,程序将终止。
start(): 启动线程。
join([timeout]): 阻塞当前上下文环境的线程,直到调用此方法的线程终止或到达指定的timeout(可选参数)。
一个使用join()的例子:
#!/usr/bin/env python #example3.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #线程join例子 import threading import time def context(tJoin): print('in threadContext.') tJoin.start() # 将阻塞tContext直到threadJoin终止。 tJoin.join() # tJoin终止后继续执行。 print('out threadContext.') def join(): print('in threadJoin.') time.sleep(1) print('out threadJoin.') tJoin = threading.Thread(target=join) tContext = threading.Thread(target=context, args=(tJoin,)) tContext.start() 运行结果: in threadContext. in threadJoin. out threadJoin. out threadContext.
Lock(指令锁)是可用的最低级的同步指令。Lock处于锁定状态时,不被特定的线程拥有。Lock包含两种状态——锁定和非锁定,以及两个基本的方法。可以认为Lock有一个锁定池,当线程请求锁定时,将线程至于池中,直到获得锁定后出池。池中的线程处于状态图中的同步阻塞状态。
构造方法:
Lock()
实例方法:
acquire([timeout]): 使线程进入同步阻塞状态,尝试获得锁定。
release(): 释放锁。使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。
#!/usr/bin/env python #example4.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: Lock的使用 import threading import time data = 0 lock = threading.Lock() def func(): global data #说明是全局变量 print('%s acquire lock...' % threading.currentThread().getName()) # 调用acquire([timeout])时,线程将一直阻塞, # 直到获得锁定或者直到timeout秒后(timeout参数可选)。 # 返回是否获得锁。 if lock.acquire(): print('%s get the lock.' % threading.currentThread().getName()) data += 1 time.sleep(2) print('%s release lock...' % threading.currentThread().getName()) # 调用release()将释放锁。 lock.release() t1 = threading.Thread(target=func) t2 = threading.Thread(target=func) t3 = threading.Thread(target=func) t1.start() t2.start() t3.start() 输出: Thread-1 acquire lock... Thread-1 get the lock. Thread-2 acquire lock... Thread-3 acquire lock... Thread-1 release lock... Thread-2 get the lock. Thread-2 release lock... Thread-3 get the lock. Thread-3 release lock...
RLock(可重入锁)是一个可以被同一个线程请求多次的同步指令。RLock使用了“拥有的线程”和“递归等级”的概念,处于锁定状态时,RLock被某个线程拥有。拥有RLock的线程可以再次调用acquire(),释放锁时需要调用release()相同次数。
可以认为RLock包含一个锁定池和一个初始值为0的计数器,每次成功调用 acquire()/release(),计数器将+1/-1,为0时锁处于未锁定状态。
构造方法:
RLock()
实例方法:
acquire([timeout])/release(): 跟Lock差不多。
#!/usr/bin/env python #example5.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: RLock 的使用 # encoding: UTF-8 import threading import time rlock = threading.RLock() def func(): # 第一次请求锁定 print('%s acquire lock...' % threading.currentThread().getName()) if rlock.acquire(): print('%s get the lock.' % threading.currentThread().getName()) time.sleep(2) # 第二次请求锁定 print('%s acquire lock again...' % threading.currentThread().getName()) if rlock.acquire(): print('%s get the lock.' % threading.currentThread().getName()) time.sleep(2) # 第一次释放锁 print('%s release lock...' % threading.currentThread().getName()) rlock.release() time.sleep(2) # 第二次释放锁 print('%s release lock...' % threading.currentThread().getName()) rlock.release() t1 = threading.Thread(target=func) t2 = threading.Thread(target=func) t3 = threading.Thread(target=func) t1.start() t2.start() t3.start() 输出 Thread-1 acquire lock... Thread-2 acquire lock... Thread-3 acquire lock... Thread-1 get the lock. Thread-1 acquire lock again... Thread-1 get the lock. Thread-1 release lock... Thread-1 release lock... Thread-2 get the lock. Thread-2 acquire lock again... Thread-2 get the lock. Thread-2 release lock... Thread-2 release lock... Thread-3 get the lock. Thread-3 acquire lock again... Thread-3 get the lock. Thread-3 release lock... Thread-3 release lock...
不是很明白这个RLock的用途, 因为如果线程已经获得了这把锁, 已经锁住了, 在释放之前, 再获得一次有什么用? 从上面的输出结果来看感觉没什么用的.
Condition(条件变量)通常与一个锁关联。需要在多个Contidion中共享一个锁时,可以传递一个Lock/RLock实例给构造方法,否则它将自己生成一个RLock实例。
可以认为,除了Lock带有的锁定池外,Condition还包含一个等待池,池中的线程处于状态图中的等待阻塞状态,直到另一个线程调用notify()/notifyAll()通知;得到通知后线程进入锁定池等待锁定。
构造方法:
Condition([lock/rlock])
实例方法:
acquire([timeout])/release(): 调用关联的锁的相应方法。
wait([timeout]): 调用这个方法将使线程进入Condition的等待池等待通知,并释放锁。
使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。
notify(): 调用这个方法将从等待池挑选一个线程并通知,收到通知的线程将自动调用acquire()尝试
获得锁定(进入锁定池);其他线程仍然在等待池中。调用这个方法不会释放锁定。
使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。
notifyAll(): 调用这个方法将通知等待池中所有的线程,这些线程都将进入锁定池尝试获得锁定。
调用这个方法不会释放锁定。使用前线程必须已获得锁定,否则将抛出异常。
例子是很常见的生产者/消费者模式:
#!/usr/bin/env python #example6.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: Condition 的使用 import threading import time # 商品 product = None # 条件变量 con = threading.Condition() # 生产者方法 def produce(): global product if con.acquire(): while True: if product is None: print('produce...') product = 'anything' # 通知消费者,商品已经生产 con.notify() # 等待通知 con.wait() time.sleep(2) # 消费者方法 def consume(): global product if con.acquire(): while True: if product is not None: print('consume...') product = None # 通知生产者,商品已经没了 con.notify() # 等待通知 con.wait() time.sleep(2) t1 = threading.Thread(target=produce) t2 = threading.Thread(target=consume) t2.start() t1.start()
在两个线程相互握手的情况Condition比较适合使用, 核心理解notify和wait
Semaphore(信号量)是计算机科学史上最古老的同步指令之一。Semaphore管理一个内置的计数器,每当调用acquire()时-1,调用release() 时+1。计数器不能小于0;当计数器为0时,acquire()将阻塞线程至同步锁定状态,直到其他线程调用release()。
基于这个特点,Semaphore经常用来同步一些有“访客上限”的对象,比如连接池。
BoundedSemaphore 与Semaphore的唯一区别在于前者将在调用release()时检查计数器的值是否超过了计数器的初始值,如果超过了将抛出一个异常。
构造方法:
Semaphore(value=1): value是计数器的初始值。
实例方法:
acquire([timeout]): 请求Semaphore。如果计数器为0,将阻塞线程至同步阻塞状态;否则将计数器-1并立即返回。
release(): 释放Semaphore,将计数器+1,如果使用BoundedSemaphore,还将进行释放次数检查。release()方法不检查线程是否已获得 Semaphore。
#!/usr/bin/env python #example5.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: Condition 的使用 import threading import time # 计数器初值为2 semaphore = threading.Semaphore(2) def func(): # 请求Semaphore,成功后计数器-1;计数器为0时阻塞 print('%s acquire semaphore...' % threading.currentThread().getName()) if semaphore.acquire(): print('%s get semaphore' % threading.currentThread().getName()) time.sleep(4) # 释放Semaphore,计数器+1 print('%s release semaphore' % threading.currentThread().getName()) semaphore.release() t1 = threading.Thread(target=func) t2 = threading.Thread(target=func) t3 = threading.Thread(target=func) t4 = threading.Thread(target=func) t1.start() t2.start() t3.start() t4.start() time.sleep(2) # 没有获得semaphore的主线程也可以调用release # 若使用BoundedSemaphore,t4释放semaphore时将抛出异常 print('MainThread release semaphore without acquire') semaphore.release()
Event(事件)是最简单的线程通信机制之一:一个线程通知事件,其他线程等待事件。Event内置了一个初始为False的标志,当调用set()时设为True,调用clear()时重置为 False。wait()将阻塞线程至等待阻塞状态。
Event其实就是一个简化版的 Condition。Event没有锁,无法使线程进入同步阻塞状态。
构造方法:
Event()
实例方法:
isSet(): 当内置标志为True时返回True。
set(): 将标志设为True,并通知所有处于等待阻塞状态的线程恢复运行状态。
clear(): 将标志设为False。
wait([timeout]): 如果标志为True将立即返回,否则阻塞线程至等待阻塞状态,等待其他线程调用set()。
#!/usr/bin/env python #example8.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: Event 的使用 import threading import time event = threading.Event() def func(): # 等待事件,进入等待阻塞状态 print('%s wait for event...' % threading.currentThread().getName()) event.wait() # 收到事件后进入运行状态 print('%s recv event.' % threading.currentThread().getName()) t1 = threading.Thread(target=func) t2 = threading.Thread(target=func) t1.start() t2.start() time.sleep(2) # 发送事件通知 print('MainThread set event.') event.set()
其实我用得最多的也是这个
Timer(定时器)是Thread的派生类,用于在指定时间后调用一个方法。在C++中, 我就很喜欢使用线程来作为定时器
构造方法:
Timer(interval, function, args=[], kwargs={})
interval: 指定的时间
function: 要执行的方法
args/kwargs: 方法的参数
实例方法:
Timer从Thread派生,没有增加实例方法。
#!/usr/bin/env python #example9.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: Timer 的使用 import threading def func(): print('hello timer!') timer = threading.Timer(5, func) # 5秒后执行 timer.start()
local是一个小写字母开头的类,用于管理 thread-local(线程局部的)数据。对于同一个local,线程无法访问其他线程设置的属性;线程设置的属性不会被其他线程设置的同名属性替换。
可以把local看成是一个“线程-属性字典”的字典,local封装了从自身使用线程作为 key检索对应的属性字典、再使用属性名作为key检索属性值的细节。
#!/usr/bin/env python #example9.py #use UTF-8 #Python 3.3.0 #功能: Timer 的使用 import threading local = threading.local() local.tname = 'main' def func(): local.tname = 'notmain' print(local.tname) t1 = threading.Thread(target=func) t1.start() t1.join() print(local.tname) 输出: Notmain Main