多線程同步和優先級隊列（Queue）

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）。但是當線程需要共享數據時，可能存在數據不同步的問題。

考慮這樣一種情況：一個列表里所有元素都是0，線程"set"從后向前把所有元素改成1，而線程"print"負責從前往后讀取列表並打印。

那么，可能線程"set"開始改的時候，線程"print"便來打印列表了，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"要訪問共享數據時，必須先獲得鎖定；如果已經有別的線程比如"print"獲得鎖定了，那么就讓線程"set"暫停，也就是同步阻塞；等到線程"print"訪問完畢，釋放鎖以后，再讓線程"set"繼續。

經過這樣的處理，打印列表時要么全部輸出0，要么全部輸出1，不會再出現一半0一半1的尷尬場面。

實例：

#!/usr/bin/python3 import time    
import threading

exitFlag = 0
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("開始線程：" + self.name)
        # 獲取鎖，用於線程同步
        threadLock.acquire()
        print_time(self.name, self.counter, 5)
        print ("退出線程：" + self.name)
        # 釋放鎖
        threadLock.release()
        
#輸出線程
def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        if exitFlag:
            threadName.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)
threadLock = threading.Lock()

# 添加線程到線程列表
threads=[]
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# 開啟新線程
t0=time.clock()
print("開始計算時間",t0)
for t in threads:
    t.start()
 
# 等待所有線程完成
for t in threads:
    t.join()
print ("退出主線程")
print(" 結束計算實",time.clock()-t0)

線程優先級隊列（ Queue）

Python 的 Queue 模塊中提供了同步的、線程安全的隊列類，包括FIFO（先入先出)隊列Queue，LIFO（后入先出）隊列LifoQueue，和優先級隊列 PriorityQueue。

這些隊列都實現了鎖原語，能夠在多線程中直接使用，可以使用隊列來實現線程間的同步。

Queue 模塊中的常用方法:

 

• Queue.qsize() 返回隊列的大小
• Queue.empty() 如果隊列為空，返回True,反之False
• Queue.full() 如果隊列滿了，返回True,反之False
• Queue.full 與 maxsize 大小對應
• Queue.get([block[, timeout]])獲取隊列，timeout等待時間
• Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False)
• Queue.put(item) 寫入隊列，timeout等待時間
• Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False)
• Queue.task_done() 在完成一項工作之后，Queue.task_done()函數向任務已經完成的隊列發送一個信號
• Queue.join() 實際上意味着等到隊列為空，再執行別的操作

實例:

 

#!/usr/bin/python3

import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

#自定義多線程類
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 ("開啟線程：" + self.name)
        process_data(self.name, self.q)
        print ("退出線程：" + self.name)
        
#公共方法
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)
        
#變量定義區
#線程名列表
threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
#執行優先級標記列表
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
#線程同步鎖
queueLock = threading.Lock()
#隊列列表
workQueue = queue.Queue(10)
#線程列表
threads = []
threadID = 1

# 創建新線程創建並運行了3個
for tName in threadList:
    thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    thread.start()
    threads.append(thread)
    threadID += 1

# 填充隊列，填充5個
queueLock.acquire()
for word in nameList:
    workQueue.put(word)
queueLock.release()

# 等待隊列清空
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 ("退出主線程")

輸出結果：

問題：3個線程沒錯，但是輸出了5次。為什么會輸出5次？