Python多线程详解

线程概念：

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。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。线程可以分为两类：　　

• 内核线程：由操作系统内核创建和撤销。
• 用户线程：不需要内核支持而在用户程序中实现的线程。

全局解释性锁(GIL)：

在讲Python多线程，有一个绕不开的东西，叫全局解释性锁(Global Interpreter Lock)。这东西导致了无论你启多少个线程，你有多少个cpu, Python在执行的时候同一时刻只允许一个线程运行。这就导致了大家对Python多线程的印象普遍就是‘鸡肋“。

需要注意的一点是GIL并不是Python的特性，它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比C++是一套语言（语法）标准，但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。有名的编译器例如GCC，INTEL C++，Visual C++等。Python也一样，同样一段代码可以通过CPython，PyPy，Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python，也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点：GIL并不是Python的特性，Python完全可以不依赖于GIL。

线程模块：

Python3 通过两个标准库 _thread 和 threading 提供对线程的支持。_thread 提供了低级别的、原始的线程以及一个简单的锁，它相比于 threading 模块的功能还是比较有限的。threading 模块除了包含 _thread 模块中的所有方法外，还提供的其他方法：

• threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
• threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、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())有相同的结果。

除了使用方法外，线程模块同样提供了Thread类来处理线程，Thread类提供了以下方法:

• run(): 用以表示线程活动的方法。
• start():启动线程活动。
• join([time]): 等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。
• isAlive(): 返回线程是否活动的。
• getName(): 返回线程名。
• setName(): 设置线程名。

Python threading模块：

(1)线程创建方式一：直接调用线程，创建Thread类，并传递一个需要多线程运行的函数。示例如下：

import threading
import time

def func(no):
    time.sleep(2)
    print("the thread number:%s"%no)

time_start = time.time()
thread_list = []

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=func,args=(i,))  #生成线程实例
    t.start()  #启动线程
    thread_list.append(t)

for t in thread_list:
    t.join()  #等待线程中止

time_end = time.time()
print("程序总共运行%d秒"%int(time_end-time_start))

#运行结果：
the thread number:4
the thread number:2
the thread number:5
the thread number:1
the thread number:3
the thread number:0
the thread number:7
the thread number:9
the thread number:6
the thread number:8
程序总共运行2秒

 　　(2)线程创建方式二：继承式调用，创建一个Thread类的子类，并重写Thread类的run方法。示例如下：

import threading
import time

class TestThread(threading.Thread):
    def __init__(self,no):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.no = no

    def run(self):  #重写父类Thread的run方法，改方法内定义每个线程要运行的程序代码
        time.sleep(2)
        print("the thread number:%s" % self.no)

for i in range(10):
    t = TestThread(i)
    t.start()

(3)守护进程：

import threading
import time

def run(i):
    print("run({}) start".format(i))
    time.sleep(2)
    print("run({}) end".format(i))

def main():
    for i in range(5):
        t = threading.Thread(target=run,args=(i,))
        t.start()

m = threading.Thread(target=main,args=())
m.setDaemon(False)
m.start()
m.join(timeout=1)
print("main thread end")

# m.setDaemon(True) 运行结果:
run(0) start
run(1) start
run(2) start
run(3) start
run(4) start
main thread end
# m.setDaemon(False) 运行结果:
run(0) start
run(1) start
run(2) start
run(3) start
run(4) start
main thread end
run(3) end
run(2) end
run(0) end
run(4) end
run(1) end

从上述示例中可以看出：将main线程设置为Daemon线程,它做为程序主线程的守护线程,当主线程退出时,m线程也会退出,由m启动的其它子线程会同时退出,不管是否执行完任务 　

(4)线程同步(线程锁)：一个进程下可以启动多个线程，多个线程共享父进程的内存空间，也就意味着每个线程可以访问同一份数据，很容易造成数据不同步。使用 Thread 对象的 Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步，这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法，对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。示例如下：

import threading
import time

def add():
    global num  #获取全局变量
    time.sleep(1)
    Lock.acquire()  #修改全局变量前获取锁(加锁)
    num -= 1
    Lock.release()  #修改后释放锁

Lock = threading.Lock()  #生成一个全局锁
num = 100  #设置一个共享数据
thread_list = []
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=add,args=())
    t.start()
    thread_list.append(t)

for t in thread_list:
    t.join()

print("final num:",num)

#运行结果：
在未加锁前结果不一定是 0
加锁后运行结果一定是 0