Python 多線程
多線程類似於同時執行多個不同程式，多線程運行有如下優點：
- 使用線程可以把佔據長時間的程式中的任務放到後臺去處理。
- 用戶介面可以更加吸引人，這樣比如用戶點擊了一個按鈕去觸發某些事件的處理，可以彈出一個進度條來顯示處理的進度
- 程式的運行速度可能加快
- 在一些等待的任務實現上如用戶輸入、檔讀寫和網路收發數據等，線程就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如記憶體佔用等等。
線程在執行過程中與進程還是有區別的。每個獨立的進程有一個程式運行的入口、順序執行序列和程式的出口。但是線程不能夠獨立執行，必須依存在應用程式中，由應用程式提供多個線程執行控制。
每個線程都有他自己的一組CPU寄存器，稱為線程的上下文，該上下文反映了線程上次運行該線程的CPU寄存器的狀態。
指令指針和堆疊指針寄存器是線程上下文中兩個最重要的寄存器，線程總是在進程得到上下文中運行的，這些地址都用於標誌擁有線程的進程地址空間中的記憶體。
- 線程可以被搶佔（中斷）。
- 在其他線程正在運行時，線程可以暫時擱置（也稱為睡眠） -- 這就是線程的退讓。
開始學習Python線程
Python中使用線程有兩種方式：函數或者用類來包裝線程對象。
函數式：調用thread模組中的start_new_thread()函數來產生新線程。語法如下:
thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )
參數說明:
- function - 線程函數。
- args - 傳遞給線程函數的參數,他必須是個tuple類型。
- kwargs - 可選參數。
實例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import thread
import time
# 為線程定義一個函數
def print_time( threadName, delay):
count = 0
while count < 5:
time.sleep(delay)
count += 1
print "%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) )
# 創建兩個線程
try:
thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
print "Error: unable to start thread"
while 1:
pass
執行以上程式輸出結果如下：
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:17 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:21 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:25 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:27 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:31 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:35 2009
線程的結束一般依靠線程函數的自然結束；也可以線上程函數中調用thread.exit()，他拋出SystemExit exception，達到退出線程的目的。
線程模組
Python通過兩個標準庫thread和threading提供對線程的支持。thread提供了低級別的、原始的線程以及一個簡單的鎖。
threading 模組提供的其他方法：
- threading.currentThread(): 返回當前的線程變數。
- threading.enumerate(): 返回一個包含正在運行的線程的list。正在運行指線程啟動後、結束前，不包括啟動前和終止後的線程。
- threading.activeCount(): 返回正在運行的線程數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。
除了使用方法外，線程模組同樣提供了Thread類來處理線程，Thread類提供了以下方法:
- run(): 用以表示線程活動的方法。
- start():啟動線程活動。
- join([time]): 等待至線程中止。這阻塞調用線程直至線程的join() 方法被調用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時發生。
- isAlive(): 返回線程是否活動的。
- getName(): 返回線程名。
- setName(): 設置線程名。
使用Threading模組創建線程
使用Threading模組創建線程，直接從threading.Thread繼承，然後重寫__init__方法和run方法：
實例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import threading
import time
exitFlag = 0
class myThread (threading.Thread): #繼承父類threading.Thread
def __init__(self, threadID, name, counter):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID = threadID
self.name = name
self.counter = counter
def run(self): #把要執行的代碼寫到run函數裏面 線程在創建後會直接運行run函數
print "Starting " + self.name
print_time(self.name, self.counter, 5)
print "Exiting " + self.name
def print_time(threadName, delay, counter):
while counter:
if exitFlag:
(threading.Thread).exit()
time.sleep(delay)
print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time()))
counter -= 1
# 創建新線程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)
# 開啟線程
thread1.start()
thread2.start()
print "Exiting Main Thread"
以上程式執行結果如下；
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Exiting Main Thread Thread-1: Thu Mar 21 09:10:03 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:05 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:07 2013 Exiting Thread-1 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:08 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:10 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:12 2013 Exiting Thread-2
線程同步
如果多個線程共同對某個數據修改，則可能出現不可預料的結果，為了保證數據的正確性，需要對多個線程進行同步。
使用Thread對象的Lock和Rlock可以實現簡單的線程同步，這兩個對象都有acquire方法和release方法，對於那些需要每次只允許一個線程操作的數據，可以將其操作放到acquire和release方法之間。如下：
多線程的優勢在於可以同時運行多個任務（至少感覺起來是這樣）。但是當線程需要共用數據時，可能存在數據不同步的問題。
考慮這樣一種情況：一個列表裏所有元素都是0，線程"set"從後向前把所有元素改成1，而線程"print"負責從前往後讀取列表並列印。
那麼，可能線程"set"開始改的時候，線程"print"便來列印列表了，輸出就成了一半0一半1，這就是數據的不同步。為了避免這種情況，引入了鎖的概念。
鎖有兩種狀態——鎖定和未鎖定。每當一個線程比如"set"要訪問共用數據時，必須先獲得鎖定；如果已經有別的線程比如"print"獲得鎖定了，那麼就讓線程"set"暫停，也就是同步阻塞；等到線程"print"訪問完畢，釋放鎖以後，再讓線程"set"繼續。
經過這樣的處理，列印列表時要麼全部輸出0，要麼全部輸出1，不會再出現一半0一半1的尷尬場面。
實例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import threading
import time
class myThread (threading.Thread):
def __init__(self, threadID, name, counter):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID = threadID
self.name = name
self.counter = counter
def run(self):
print "Starting " + self.name
# 獲得鎖，成功獲得鎖定後返回True
# 可選的timeout參數不填時將一直阻塞直到獲得鎖定
# 否則超時後將返回False
threadLock.acquire()
print_time(self.name, self.counter, 3)
# 釋放鎖
threadLock.release()
def print_time(threadName, delay, counter):
while counter:
time.sleep(delay)
print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time()))
counter -= 1
threadLock = threading.Lock()
threads = []
# 創建新線程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)
# 開啟新線程
thread1.start()
thread2.start()
# 添加線程到線程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)
# 等待所有線程完成
for t in threads:
t.join()
print "Exiting Main Thread"
線程優先順序佇列（ Queue）
Python的Queue模組中提供了同步的、線程安全的佇列類，包括FIFO（先入先出)佇列Queue，LIFO（後入先出）佇列LifoQueue，和優先順序佇列PriorityQueue。這些佇列都實現了鎖原語，能夠在多線程中直接使用。可以使用佇列來實現線程間的同步。
Queue模組中的常用方法:
- Queue.qsize() 返回佇列的大小
- Queue.empty() 如果佇列為空，返回True,反之False
- Queue.full() 如果佇列滿了，返回True,反之False
- Queue.full 與 maxsize 大小對應
- Queue.get([block[, timeout]])獲取佇列，timeout等待時間
- Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)
- Queue.put(item) 寫入佇列，timeout等待時間
- Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)
- Queue.task_done() 在完成一項工作之後，Queue.task_done()函數向任務已經完成的佇列發送一個信號
- Queue.join() 實際上意味著等到佇列為空，再執行別的操作
實例(Python 2.0+)
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import Queue
import threading
import time
exitFlag = 0
class myThread (threading.Thread):
def __init__(self, threadID, name, q):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID = threadID
self.name = name
self.q = q
def run(self):
print "Starting " + self.name
process_data(self.name, self.q)
print "Exiting " + self.name
def process_data(threadName, q):
while not exitFlag:
queueLock.acquire()
if not workQueue.empty():
data = q.get()
queueLock.release()
print "%s processing %s" % (threadName, data)
else:
queueLock.release()
time.sleep(1)
threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
queueLock = threading.Lock()
workQueue = Queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1
# 創建新線程
for tName in threadList:
thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
thread.start()
threads.append(thread)
threadID += 1
# 填充佇列
queueLock.acquire()
for word in nameList:
workQueue.put(word)
queueLock.release()
# 等待佇列清空
while not workQueue.empty():
pass
# 通知線程是時候退出
exitFlag = 1
# 等待所有線程完成
for t in threads:
t.join()
print "Exiting Main Thread"
以上程式執行結果：
Starting Thread-1 Starting Thread-2 Starting Thread-3 Thread-1 processing One Thread-2 processing Two Thread-3 processing Three Thread-1 processing Four Thread-2 processing Five Exiting Thread-3 Exiting Thread-1 Exiting Thread-2 Exiting Main Thread