第49天:Python 多线程之 threading 模块

2019/11/05

by 程序员野客

在之前的文章中,我们已经介绍了 Python 通过 _thread 和 threading 模块提供了对多线程的支持,threading 模块兼具了 _thread 模块的现有功能,又扩展了一些新的功能,具有十分丰富的线程操作功能,本节我们就来详细学习一下 threading 模块。

1 创建线程

使用 threading 模块创建线程通常有两种方式:1)使用 threading 模块中 Thread 类的构造器创建线程,即直接对类 threading.Thread 进行实例化,并调用实例化对象的 start 方法创建线程;2)继承 threading 模块中的 Thread 类创建线程类,即用 threading.Thread 派生出一个新的子类,将新建类实例化,并调用其 start 方法创建线程。

1.1 构造器方式

调用 threading.Thread 类的如下构造器创建线程:

threading.Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={}, *, daemon=None)

  • group:指定该线程所属的线程组,目前该参数还未实现,为了日后扩展 ThreadGroup 类实现而保留。
  • target:用于 run() 方法调用的可调用对象,默认是 None,表示不需要调用任何方法。
  • args:是用于调用目标函数的参数元组,默认是 ()。
  • kwargs:是用于调用目标函数的关键字参数字典,默认是 {}。
  • daemon:如果 daemon 不是 None,线程将被显式的设置为守护模式,不管该线程是否是守护模式,如果是 None (默认值),线程将继承当前线程的守护模式属性。

示例如下:

import time
import threading
def work(num):
    print('线程名称:',threading.current_thread().getName(),'参数:',num,'开始时间:',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
if __name__ == '__main__':
    print('主线程开始时间:',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    t1 = threading.Thread(target=work,args=(3,))
    t2 = threading.Thread(target=work,args=(2,))
    t3 = threading.Thread(target=work,args=(1,))
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()
    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    print('主线程结束时间:', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))

上述示例中实例化了三个 Thread 类的实例,并向任务函数传递不同的参数,start 方法开启线程,join 方法阻塞主线程,等待当前线程运行结束。

1.2 继承方式

通过继承的方式创建线程包括如下步骤:1)定义 Thread 类的子类,并重写该类的 run 方法;2)创建 Thread 子类的实例,即创建线程对象;3)调用线程对象的 start 方法来启动线程。示例如下:

import time
import threading
class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self,num):
        super().__init__()
        self.num = num
    def run(self):
        print('线程名称:', threading.current_thread().getName(), '参数:', self.num, '开始时间:', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
if __name__ == '__main__':
    print('主线程开始时间:',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    t1 = MyThread(3)
    t2 = MyThread(2)
    t3 = MyThread(1)
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()
    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    print('主线程结束时间:', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))

上述示例中自定义了线程类 MyThread,继承了 threading.Thread,并重写了 __init__ 方法和 run 方法。

2 守护线程

守护线程(也称后台线程)是在后台运行的,它的任务是为其他线程提供服务,如 Python 解释器的垃圾回收线程就是守护线程。如果所有的前台线程都死亡了,守护线程也会自动死亡。来看个例子:

# 不设置守护线程
import threading
def work(num):
    for i in range(num):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
t = threading.Thread(target=work, args=(10,), name='守护线程')
t.start()
for i in range(10):
    pass
    
# 输出结果:
'''
守护线程  0
守护线程  1
守护线程  2
守护线程  3
守护线程  4
守护线程  5
守护线程  6
守护线程  7
守护线程  8
守护线程  9
'''
# 设置守护线程
import threading
def work(num):
    for i in range(num):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
t = threading.Thread(target=work, args=(10,), name='守护线程')
t.daemon = True
t.start()
for i in range(10):
    pass
    
# 输出结果:
# 守护线程  0

上述示例直观的说明了当前台线程结束,守护线程也会自动结束。

如果你设置一个线程为守护线程,就表示这个线程是不重要的,在进程退出的时候,不用等待这个线程退出;如果你的主线程在退出的时候,不用等待哪些子线程完成,那就设置这些线程为守护线程;如果你想等待子线程完成后再退出,那就什么都不用做,或者显示地将 daemon 属性设置为 false。

3 线程本地数据

Python 的 threading 模块提供了 local 方法,该方法返回得到一个全局对象,不同线程使用这个对象存储的数据,其它线程是不可见的(本质上就是不同的线程使用这个对象时为其创建一个独立的字典)。来看个示例:

# 不使用 threading.local
import threading
import time
num = 0
def work():
    global num
    for i in range(10):
        num += 1
    print(threading.current_thread().getName(), num)
    time.sleep(0.0001)
for i in range(5):
    threading.Thread(target=work).start()

# 输出结果:
'''
Thread-1 10
Thread-2 20
Thread-3 30
Thread-4 40
Thread-5 50
'''

上面示例中 num 是全局变量,变成了公共资源,通过输出结果,我们发现子线程之间的计算结果出现了互相干扰的情况。

# 使用 threading.local
num = threading.local()
def work():
    num.x = 0
    for i in range(10):
        num.x += 1
    print(threading.current_thread().getName(), num.x)
    time.sleep(0.0001)
for i in range(5):
    threading.Thread(target=work).start()
    
# 输出结果:
'''
Thread-1 10
Thread-2 10
Thread-3 10
Thread-4 10
Thread-5 10
'''

使用 threading.local 的示例中,num 是全局变量,但每个线程定义的属性 num.x 是各自线程独有的,其它线程是不可见的,因此每个线程的计算结果未出现相互干扰的情况。

4 定时器

threading 模块提供了 Timer 类实现定时器功能,来看个例子:

# 单次执行
from threading import Timer
def work():
    print("Hello Python")
# 5 秒后执行 work 方法
t = Timer(5, work)
t.start()

Timer 只能控制函数在指定的时间内执行一次,如果我们需要多次重复执行,需要再进行一次调度,想要取消调度时可以使用 Timer 的 cancel 方法。来看个例子:

# 重复执行
count = 0
def work():
    print('当前时间:', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    global t, count
    count += 1
    # 如果 count 小于 5,开始下一次调度
    if count < 5:
        t = Timer(1, work)
        t.start()
# 指定 2 秒后执行 work 方法
t = Timer(2, work)
t.start()

5 常用方法、属性

threading 模块提供了十分丰富的线程操作功能,它的 API 方法及属性自然也特别多,我们来看一下常用的方法和属性。

1)threading.Thread 实例的方法、属性

方法 说明
start() 启动线程活动,它在一个线程里最多只能被调用一次。
run() 表示线程活动的方法。
join(timeout=None) 等待至线程中止。
getName() 返回线程名。
setName() 设置线程名。
is_alive() 返回线程是否是活动的。
daemon 是否为守护线程的标志。
ident 线程标识符,线程尚未开始返回 None,已启动返回非零整数。

2)threading 直接调用的方法

方法 说明
active_count() 返回当前存活的线程类 Thread 对象,返回个数等于 enumerate() 返回的列表长度。
current_thread() 返回当前对应调用者的 Thread 对象。
get_ident() 返回当前线程的线程标识符,它是一个非零的整数。
enumerate() 以列表形式返回当前所有存活的 Thread 对象。
main_thread() 返回主 Thread 对象。
settrace(func) 为所有 threading 模块开始的线程设置追踪函数。
setprofile(func) 为所有 threading 模块开始的线程设置性能测试函数。
stack_size([size]) 返回创建线程时用的堆栈大小。

总结

本节给大家介绍了 Python 的线程模块 threading,让大家对 threading 模块的相关概念和使用有了进一步的了解。

示例代码:Python-100-days-day049

参考:

https://docs.python.org/zh-cn/3/library/threading.html


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