多執(zhí)行緒編程
其實(shí)建立執(zhí)行緒之後，執(zhí)行緒並不是總是保持一個(gè)狀態(tài)的，其狀態(tài)大概如下：
New 建立
Runnable 就緒。等待調(diào)度
Running 運(yùn)行
Blocked 阻塞。阻塞可能在 Wait Locked Sleeping
Dead 消亡
線程有著不同的狀態(tài)，也有不同的類型。大致可分為：
主執(zhí)行緒
子執(zhí)行緒
守護(hù)執(zhí)行緒（後臺(tái)執(zhí)行緒）
前臺(tái)執(zhí)行緒
簡單了解完這些之後，我們開始看看具體的程式碼使用了。
1、執(zhí)行緒的建立
Python 提供兩個(gè)模組進(jìn)行多執(zhí)行緒的操作，分別是thread 和threading
前者是比較低階的模組，用於更底層的操作，一般應(yīng)用層級(jí)的開發(fā)不常用。
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: UTF-8 -*-
import time
import threading
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
for i in range(5):
print('thread {}, @number: {}'.format(self.name, i))
time.sleep(1)
def main():
print("Start main threading")
# 創(chuàng)建三個(gè)線程
threads = [MyThread() for i in range(3)]
# 啟動(dòng)三個(gè)線程
for t in threads:
t.start()
print("End Main threading")
if __name__ == '__main__':
main()運(yùn)行結(jié)果：
Start main threading thread Thread-1, @number: 0 thread Thread-2, @number: 0 thread Thread-3, @number: 0 End Main threading thread Thread-2, @number: 1 thread Thread-1, @number: 1 thread Thread-3, @number: 1 thread Thread-1, @number: 2 thread Thread-3, @number: 2 thread Thread-2, @number: 2 thread Thread-2, @number: 3 thread Thread-3, @number: 3 thread Thread-1, @number: 3 thread Thread-3, @number: 4 thread Thread-2, @number: 4 thread Thread-1, @number: 4
注意喔，這裡不同的環(huán)境輸出的結(jié)果肯定是不一樣的。
2、執(zhí)行緒合併（join方法）
上面的範(fàn)例列印出來的結(jié)果來看，主執(zhí)行緒結(jié)束後，子執(zhí)行緒還在運(yùn)行。那我們需要主執(zhí)行緒要等待子執(zhí)行緒運(yùn)行完後，再退出，該怎麼辦呢？
這時(shí)候，就需要用到 join 方法了。
在上面的例子，新增一段程式碼，具體如下：
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: UTF-8 -*-
import time
import threading
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
for i in range(5):
print('thread {}, @number: {}'.format(self.name, i))
time.sleep(1)
def main():
print("Start main threading")
# 創(chuàng)建三個(gè)線程
threads = [MyThread() for i in range(3)]
# 啟動(dòng)三個(gè)線程
for t in threads:
t.start()
# 一次讓新創(chuàng)建的線程執(zhí)行 join
for t in threads:
t.join()
print("End Main threading")
if __name__ == '__main__':
main()從列印的結(jié)果，可以清楚看到，相較於上面範(fàn)例列印出來的結(jié)果，主執(zhí)行緒是在等待子執(zhí)行緒運(yùn)行結(jié)束後才結(jié)束的。
Start main threading thread Thread-1, @number: 0 thread Thread-2, @number: 0 thread Thread-3, @number: 0 thread Thread-1, @number: 1 thread Thread-3, @number: 1 thread Thread-2, @number: 1 thread Thread-2, @number: 2 thread Thread-1, @number: 2 thread Thread-3, @number: 2 thread Thread-2, @number: 3 thread Thread-1, @number: 3 thread Thread-3, @number: 3 thread Thread-3, @number: 4 thread Thread-2, @number: 4 thread Thread-1, @number: 4 End Main threading
3、執(zhí)行緒同步與互斥鎖
使用執(zhí)行緒載入取得數(shù)據(jù)，通常都會(huì)造成資料不同步的情況。當(dāng)然，這時(shí)候我們可以為資源加鎖，也就是存取資源的執(zhí)行緒需要獲得鎖才能存取。
其中 threading 模組給了我們一個(gè) Lock 功能。
lock = threading.Lock()
在線程中獲取鎖定
lock.acquire()
使用完成後，我們肯定需要釋放鎖定
lock.release()
當(dāng)然為了支援在同一線程中多次請求相同資源，Python 提供了可重入鎖（RLock）。 RLock 內(nèi)部維護(hù)一個(gè) Lock 和一個(gè) counter 變量，counter 記錄了 acquire 的次數(shù)，從而使得資源可以被多次 require。直到一個(gè)線程所有的 acquire 都被 release，其他的線程才能獲得資源。
那麼怎麼建立重入鎖呢？也是一句程式碼的事情：
r_lock = threading.RLock()
4、Condition 條件變數(shù)
實(shí)用鎖定可以達(dá)到執(zhí)行緒同步，但是在更複雜的環(huán)境，需要針對鎖定進(jìn)行一些條件判斷。 Python 提供了 Condition 物件。使用 Condition 物件可以在某些事件觸發(fā)或達(dá)到特定的條件後才處理數(shù)據(jù)，Condition 除了具有 Lock 物件的 acquire 方法和 release 方法外，還提供了 wait 和 notify 方法。執(zhí)行緒首先 acquire 一個(gè)條件變數(shù)鎖。如果條件不足，則該線程 wait，如果滿足就執(zhí)行線程，甚至可以 notify 其他線程。其他處於 wait 狀態(tài)的執(zhí)行緒接到通知後會(huì)重新判斷條件。
其中條件變數(shù)可以看成不同的線程先後 acquire 獲得鎖，如果不滿足條件，可以理解為被扔到一個(gè)（ Lock 或 RLock ）的 waiting 池。直達(dá)其他執(zhí)行緒 notify 之後再重新判斷條件。不斷的重複這個(gè)過程，從而解決複雜的同步問題。
此模式常用於生產(chǎn)者消費(fèi)者模式，請看以下線上購物買家和賣家的範(fàn)例：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: UTF-8 -*- import threading, time class Consumer(threading.Thread): def __init__(self, cond, name): # 初始化 super(Consumer, self).__init__() self.cond = cond self.name = name def run(self): # 確保先運(yùn)行Seeker中的方法 time.sleep(1) self.cond.acquire() print(self.name + ': 我這兩件商品一起買，可以便宜點(diǎn)嗎') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 我已經(jīng)提交訂單了，你修改下價(jià)格') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 收到，我支付成功了') self.cond.notify() self.cond.release() print(self.name + ': 等待收貨') class Producer(threading.Thread): def __init__(self, cond, name): super(Producer, self).__init__() self.cond = cond self.name = name def run(self): self.cond.acquire() # 釋放對瑣的占用，同時(shí)線程掛起在這里，直到被 notify 并重新占有瑣。 self.cond.wait() print(self.name + ': 可以的，你提交訂單吧') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 好了，已經(jīng)修改了') self.cond.notify() self.cond.wait() print(self.name + ': 嗯，收款成功，馬上給你發(fā)貨') self.cond.release() print(self.name + ': 發(fā)貨商品') cond = threading.Condition() consumer = Consumer(cond, '買家（兩點(diǎn)水）') producer = Producer(cond, '賣家（三點(diǎn)水）') consumer.start() producer.start()
輸出的結(jié)果如下：
買家（兩點(diǎn)水）: 我這兩件商品一起買，可以便宜點(diǎn)嗎 賣家（三點(diǎn)水）: 可以的，你提交訂單吧 買家（兩點(diǎn)水）: 我已經(jīng)提交訂單了，你修改下價(jià)格 賣家（三點(diǎn)水）: 好了，已經(jīng)修改了 買家（兩點(diǎn)水）: 收到，我支付成功了 買家（兩點(diǎn)水）: 等待收貨 賣家（三點(diǎn)水）: 嗯，收款成功，馬上給你發(fā)貨 賣家（三點(diǎn)水）: 發(fā)貨商品
5、線程間通訊
如果程式中有多個(gè)線程，這些線程避免不了需要相互通訊的。那麼我們怎樣才能在這些線程之間安全地交換資訊或資料呢？
從一個(gè)執(zhí)行緒向另一個(gè)執(zhí)行緒發(fā)送資料最安全的方式可能就是使用 queue 庫中的佇列了。建立一個(gè)被多個(gè)執(zhí)行緒共享的 Queue 對象，這些執(zhí)行緒透過使用 put() 和 get() 操作來向佇列中新增或刪除元素。
# -*- coding: UTF-8 -*-
from queue import Queue
from threading import Thread
isRead = True
def write(q):
# 寫數(shù)據(jù)進(jìn)程
for value in ['兩點(diǎn)水', '三點(diǎn)水', '四點(diǎn)水']:
print('寫進(jìn) Queue 的值為：{0}'.format(value))
q.put(value)
def read(q):
# 讀取數(shù)據(jù)進(jìn)程
while isRead:
value = q.get(True)
print('從 Queue 讀取的值為：{0}'.format(value))
if __name__ == '__main__':
q = Queue()
t1 = Thread(target=write, args=(q,))
t2 = Thread(target=read, args=(q,))
t1.start()
t2.start()輸出的結(jié)果如下：
寫進(jìn) Queue 的值為：兩點(diǎn)水 寫進(jìn) Queue 的值為：三點(diǎn)水 從 Queue 讀取的值為：兩點(diǎn)水 寫進(jìn) Queue 的值為：四點(diǎn)水 從 Queue 讀取的值為：三點(diǎn)水 從 Queue 讀取的值為：四點(diǎn)水
Python 也提供了Event 物件用於執(zhí)行緒間通信，它是由執(zhí)行緒設(shè)定的訊號(hào)標(biāo)誌，如果訊號(hào)標(biāo)誌位真，則其他執(zhí)行緒等待直到訊號(hào)接觸。
Event 物件實(shí)作了簡單的執(zhí)行緒通訊機(jī)制，它提供了設(shè)定訊號(hào)，清楚訊號(hào)，等待等用於實(shí)現(xiàn)執(zhí)行緒間的通訊。
設(shè)定訊號(hào)
使用 Event 的 set() 方法可以設(shè)定 Event 物件內(nèi)部的訊號(hào)標(biāo)誌為真。 Event 物件提供了 isSe() 方法來判斷其內(nèi)部訊號(hào)標(biāo)誌的狀態(tài)。當(dāng)使用event 物件的set() 方法後，isSet() 方法傳回真
清除訊號(hào)
使用Event 物件的clear() 方法可以清除Event 物件內(nèi)部的訊號(hào)標(biāo)誌，即將其設(shè)為假，當(dāng)使用Event 的clear 方法後，isSet() 方法返回假
等待
Event 物件wait 的方法只有在內(nèi)部訊號(hào)為真的時(shí)候才會(huì)很快的執(zhí)行並完成返回。當(dāng) Event 物件的內(nèi)部訊號(hào)標(biāo)誌位元假時(shí)，則 wait 方法會(huì)一直等待到其為真時(shí)才傳回。
範(fàn)例：
# -*- coding: UTF-8 -*- import threading class mThread(threading.Thread): def __init__(self, threadname): threading.Thread.__init__(self, name=threadname) def run(self): # 使用全局Event對象 global event # 判斷Event對象內(nèi)部信號(hào)標(biāo)志 if event.isSet(): event.clear() event.wait() print(self.getName()) else: print(self.getName()) # 設(shè)置Event對象內(nèi)部信號(hào)標(biāo)志 event.set() # 生成Event對象 event = threading.Event() # 設(shè)置Event對象內(nèi)部信號(hào)標(biāo)志 event.set() t1 = [] for i in range(10): t = mThread(str(i)) # 生成線程列表 t1.append(t) for i in t1: # 運(yùn)行線程 i.start()
輸出的結(jié)果如下：
1 0 3 2 5 4 7 6 9 8
#6、後臺(tái)執(zhí)行緒
##預(yù)設(shè)情況下，主執(zhí)行緒退出之後，即使子線程沒有join。那麼主執(zhí)行緒結(jié)束後，子執(zhí)行緒仍會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。如果希望主執(zhí)行緒退出後，其子執(zhí)行緒也退出而不再執(zhí)行，則需要設(shè)定子執(zhí)行緒為後臺(tái)執(zhí)行緒。 Python 提供了 setDeamon 方法。
