Python 多线程 multithread

【Python】python 多线程两种实现方式
目前python提供了几种多线程实现方式 thread，threading，multithreading ,其中thread模块比较底层，而threading模块是对thread做了一些包装，可以更加方便的被使用。
2.7版本之前python对线程的支持还不够完善，不能利用多核CPU，但是2.7版本的python中已经考虑改进这点，出现了multithreading 模块。threading模块里面主要是对一些线程的操作对象化，创建Thread的class。一般来说，使用线程有两种模式:

• 创建线程要执行的函数，把这个函数传递进Thread对象里，让它来执行；
• 继承Thread类，创建一个新的class，将要执行的代码 写到run函数里面。

Python线程指南

1.threading模块

threading基于Java的线程模型设计。锁（Lock）和条件变量（Condition）在Java中是对象的基本行为（每个对象都自带了锁和条件变量），而在Python中则是独立的对象。
threading模块提供的常用方法：
threading.currentThread( )：返回当前的线程变量。
threading.enumerate():返回一个正在运行的线程的list。正在运行是指线程启动后，结束前，不包括启动前和终止后的线程。
threading.activeCount( ):返回正在运行的线程数量，与len（threading.enumerate())u有相同的结果。
threading模块提供的类：
Thread,Lock,Rlock,Condition,[Bounded]Semaphore,Event,Timer,local.

1.1 Thread

Thread是 线程类，与Java类似，有两种使用方法，直接传入要运行的方法或从Thread继承并覆盖run（）

#encoding：utf-8
import threading
#方法一：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()

#方法二：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达到指定的timeout（可选参数）

#encoding:utf-8
import threading
import time

def context(tJoin):
    print 'in threadContext.'
    #将阻塞tContext线程直到tJoin线程终止
    tJoin.join()
    #tJoin终止后继续执行
    print 'out threadContext.'

def join():
    print 'in threadJoin.'
    time.sleep(1)
    print 'out thrreadJoin.'
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.

1.2 Lock

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。

#encoding:utf-8
import threading
import time

data = 0
lock = threading.Lock()

def func():
    global data
    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():#请求锁定，将线程至于锁定池中
    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()

1.3RLock

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()

#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 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.current.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()

1.4 Condition

Condition（条件变量）通常与一个锁关联。需要在多个Condition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

#encoding:utf-8
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
                #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）
                con.notify()
            #等待通知,线程进入Condition的等待池等待通知，并释放锁
            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，商品没了
                con.notify()

            #等待通知,线程进入Condition的等待池等待通知，并释放锁
            con.wait()
            time.sleep(2)

pro = threading.Thread(target=produce)
consu = threading.Thread(target=consume)
consu.start()
pro.start()

1.5Semaphore/BoundedSemaphore

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，如连接池。
BoundedSemaphore与Semaphore的唯一区别是，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经获得Semaphore。

# encoding: UTF-8
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()

1.6 Event

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()。

# encoding: UTF-8
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()

1.7 Timer

Timer（定时器）是Thread的派生类，用于在指定时间后调用一个方法。

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。

# encoding: UTF-8
import threading

def func():
    print 'hello timer!'

timer = threading.Timer(5, func)
timer.start()

1.8 local

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。

# encoding: UTF-8
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

1.9 综合使用

# encoding: UTF-8
import threading

alist = None
condition = threading.Condition()

def doSet():
    if condition.acquire():
        while alist is None:
            condition.wait()
        for i in range(len(alist))[::-1]:
            alist[i] = 1
        condition.release()

def doPrint():
    if condition.acquire():
        while alist is None:
            condition.wait()
        for i in alist:
            print i,
        print
        condition.release()

def doCreate():
    global alist
    if condition.acquire():
        if alist is None:
            alist = [0 for i in range(10)]
            condition.notifyAll()
        condition.release()

tset = threading.Thread(target=doSet,name='tset')
tprint = threading.Thread(target=doPrint,name='tprint')
tcreate = threading.Thread(target=doCreate,name='tcreate')
tset.start()
tprint.start()
tcreate.start()