Python（八）进程、线程、协程篇

本章内容：

线程（线程锁、threading.Event、queue 队列、生产者消费者模型、自定义线程池）
进程（数据共享、进程池）
协程

Python（八）进程、线程、协程篇

线程

Threading用于提供线程相关的操作。线程是应用程序中工作的最小单元，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

threading 模块建立在 _thread 模块之上。thread 模块以低级、原始的方式来处理和控制线程，而 threading 模块通过对 thread 进行二次封装，提供了更方便的 api 来处理线程。

import threading
import time

def worker(num):
    time.sleep(1)
    print(num)
    return

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=worker, args=(i,), name="t.%d" % i)
    t.start()

# 继承式调用

import threading
import time
 
 
class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self,num):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.num = num
 
    def run(self):    #定义每个线程要运行的函数
 
        print("running on number:%s" %self.num)
 
        time.sleep(2)
 
if __name__ == '__main__':
 
    t1 = MyThread(1)
    t2 = MyThread(2)
    t1.start()
    t2.start()

thread方法：

t.start() : 激活线程
t.getName() : 获取线程的名称
t.setName() ：设置线程的名称
t.name : 获取或设置线程的名称
t.is_alive() ：判断线程是否为激活状态
t.isAlive() ：判断线程是否为激活状态
t.setDaemon() 设置为后台线程或前台线程（默认：False）;通过一个布尔值设置线程是否为守护线程，必须在执行start()方法之前才可以使用。如果是后台线程，主线程执行过程中，后台线程也在进行，主线程执行完毕后，后台线程不论成功与否，均停止；如果是前台线程，主线程执行过程中，前台线程也在进行，主线程执行完毕后，等待前台线程也执行完成后，程序停止
t.isDaemon() ：判断是否为守护线程
t.ident ：获取线程的标识符。线程标识符是一个非零整数，只有在调用了start()方法之后该属性才有效，否则它只返回None
t.join() ：逐个执行每个线程，执行完毕后继续往下执行，该方法使得多线程变得无意义
t.run() ：线程被cpu调度后自动执行线程对象的run方法

线程锁

threading.RLock & threading.Lock

我们使用线程对数据进行操作的时候，如果多个线程同时修改某个数据，可能会出现不可预料的结果，为了保证数据的准确性，引入了锁的概念。

import threading
import time

num = 0

lock = threading.RLock()    # 实例化锁类

def work():
    lock.acquire()  # 加锁
    global num
    num += 1
    time.sleep(1)
    print(num)
    lock.release()  # 解锁

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=work)
    t.start()

threading.RLock和threading.Lock 的区别

RLock允许在同一线程中被多次acquire。而Lock却不允许这种情况。如果使用RLock，那么acquire和release必须成对出现，即调用了n次acquire，必须调用n次的release才能真正释放所占用的锁。

import threading

lock = threading.Lock()
lock.acquire()
lock.acquire()  # 产生死锁
lock.release()
lock.release()

import threading

rlock = threading.RLock()
rlock.acquire()
rlock.acquire()      # 在同一线程内，程序不会堵塞。
rlock.release()
rlock.release()
print("end.")

threading.Event

Event是线程间通信最间的机制之一：一个线程发送一个event信号，其他的线程则等待这个信号。用于主线程控制其他线程的执行。 Events 管理一个flag，这个flag可以使用set()设置成True或者使用clear()重置为False，wait()则用于阻塞，在flag为True之前。flag默认为False。

Event.wait([timeout]) ：堵塞线程，直到Event对象内部标识位被设为True或超时（如果提供了参数timeout）
Event.set() ：将标识位设为Ture
Event.clear() ：将标识伴设为False
Event.isSet() ：判断标识位是否为Ture

import threading
 
def do(event):
    print('start')
    event.wait()
    print('execute')
 
event_obj = threading.Event()
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=do, args=(event_obj,))
    t.start()
 
event_obj.clear()
inp = input('input:')
if inp == 'true':
    event_obj.set()

　　当线程执行的时候，如果flag为False，则线程会阻塞，当flag为True的时候，线程不会阻塞。它提供了本地和远程的并发性。

threading.Condition

Python提供的Condition对象提供了对复杂线程同步问题的支持。Condition被称为条件变量，除了提供与Lock类似的acquire和release方法外，还提供了wait和notify方法。线程首先acquire一个条件变量，然后判断一些条件。如果条件不满足则wait；如果条件满足，进行一些处理改变条件后，通过notify方法通知其他线程，其他处于wait状态的线程接到通知后会重新判断条件。不断的重复这一过程，从而解决复杂的同步问题。

在典型的设计风格里，利用condition变量用锁去通许访问一些共享状态，线程在获取到它想得到的状态前，会反复调用wait()。修改状态的线程在他们状态改变时调用 notify() or notify_all()，用这种方式，线程会尽可能的获取到想要的一个等待者状态。

import threading
import time

def consumer(cond):
    with cond:
        print("consumer before wait")
        cond.wait()
        print("consumer after wait")
 
def producer(cond):
    with cond:
        print("producer before notifyAll")
        cond.notifyAll()
        print("producer after notifyAll")
 
condition = threading.Condition()
c1 = threading.Thread(name="c1", target=consumer, args=(condition,))
c2 = threading.Thread(name="c2", target=consumer, args=(condition,))
 
p = threading.Thread(name="p", target=producer, args=(condition,))
 
c1.start()
time.sleep(2)
c2.start()
time.sleep(2)
p.start()

# consumer()线程要等待producer()设置了Condition之后才能继续。

queue 队列

适用于多线程编程的先进先出数据结构，可以用来安全的传递多线程信息。

queue 方法：

q = queue.Queue(maxsize=0) # 构造一个先进显出队列，maxsize指定队列长度，为0 时，表示队列长度无限制。
q.join() 　　# 等到队列为kong的时候，在执行别的操作
q.qsize() 　 # 返回队列的大小（不可靠）
q.empty() # 当队列为空的时候，返回True 否则返回False （不可靠）
q.full() # 当队列满的时候，返回True，否则返回False （不可靠）
q.put(item, block=True, timeout=None) # 将item放入Queue尾部，item必须存在，可以参数block默认为True,表示当队列满时，会等待队列给出可用位置，为False时为非阻塞，此时如果队列已满，会引发queue.Full 异常。可选参数timeout，表示会阻塞设置的时间，过后，如果队列无法给出放入item的位置，则引发 queue.Full 异常
q.get(block=True, timeout=None) # 移除并返回队列头部的一个值，可选参数block默认为True，表示获取值的时候，如果队列为空，则阻塞，为False时，不阻塞，若此时队列为空，则引发 queue.Empty异常。可选参数timeout，表示会阻塞设置的时候，过后，如果队列为空，则引发Empty异常。
q.put_nowait(item) # 等效于 put(item,block=False)
q.get_nowait() # 等效于 get(item,block=False)

生产者消费者模型

import queue
import threading

que = queue.Queue(10)

def s(i):
    que.put(i)
    # print("size:", que.qsize())

def x(i):
    g = que.get(i)
    print("get:", g)

for i in range(1, 13):
    t = threading.Thread(target=s, args=(i,))
    t.start()

for i in range(1, 11):
    t = threading.Thread(target=x, args=(i,))
    t.start()
    
print("size:", que.qsize())

# 输出结果：
get: 1
get: 2
get: 3
get: 4
get: 5
get: 6
get: 7
get: 8
get: 9
get: 10
size: 2

自定义线程池：

# 自定义线程池（一）
import queue
import threading
import time

class TreadPool:

    def __init__(self, max_num=20):
        self.queue = queue.Queue(max_num)
        for i in range(max_num):
            self.queue.put(threading.Thread)

    def get_thread(self):
        return self.queue.get()

    def add_thread(self):
        self.queue.put(threading.Thread)

def func(pool, n):
    time.sleep(1)
    print(n)
    pool.add_thread()

p = TreadPool(10)
for i in range(1, 100):
    thread = p.get_thread()
    t = thread(target=func, args=(p, i,))
    t.start()

自定义线程池（一）