python從寫定時器學習Thread


python從寫定時器學習Thread

python 如何寫一個定時器,循環定時做某一操作呢?

Timer 對象

from threading import Timer
def hello(): 
    print "hello, world" 
   
t = Timer(10.0, hello) 
t.start()

10秒后輸出:

hello, world

重點研究 t = Timer(10.0, hello) 這句代碼,python 提供了一個Timer 對象,它會在指定的時間后執行某一操作;它的完整形式:

class threading.Timer(interval, function, args=[], kwargs={})

interval 是時間間隔,function 是可調用的對象,argskwargs 會作為 function 的參數。

注意:這里只會執行一次 function,而不會一直定時執行,且 Timer 在執行操作的時候會創建一個新的線程。

Timer 在 python2 和 python3 有點區別:

# python2.7
def Timer(*args, **kwargs):
    return _Timer(*args, **kwargs)
# python3.7
class Timer(Thread):
    pass

在 python3,TimerThread 的子類;在 python2,_TimerThread 的子類,而 Timer 只是 _Timer 類的工廠方法。

上面的代碼只會打印一次 hello, world 后退出,那么如何循環間隔打印呢?

粗陋的循環定時器

一種方法是在 function 里繼續注冊一個 Timer,這樣就可以在下一個 interval 繼續執行 function

from threading import Timer
def hello(): 
    print "hello, world" 
    Timer(10.0, hello) .start()

t = Timer(10.0, hello) 
t.start()

每隔 10 秒輸出一個 hello, world

達到效果了,但是這里面好像有點問題。回到 Timer 本身,它是一個 thread,每次循環間隔操作,系統都要創建一個線程,然后再回收,這對系統來說開銷很大。如果時間間隔 interval 很短,系統會一下子創建很多線程,這些線程很難快速回收,導致系統內存和cpu資源被消耗掉。
所以不提倡在 function 里繼續注冊一個 Timer。

更 pythonic 循環定時器

這里有更 pythonic 的方法:

from threading import _Timer
def hello():
     print "hello, world"
class RepeatingTimer(_Timer): 
    def run(self):
        while not self.finished.is_set():
            self.function(*self.args, **self.kwargs)
            self.finished.wait(self.interval)
t = RepeatingTimer(10.0, hello)
t.start()

重點研究 RepeatingTimer 類,它繼承了 threading._Timer,但是重寫了父類的 run 方法。這是 Python2 的寫法,python3 中 RepeatingTimer 應該繼承 threading.Timer

為什么要重寫 Threadrun 方法?

_Timer 是一個 Thread 子類,我們先看看 Thread 類的 run 用法。

from threading import Thread
def hello():
     print "hello, world"
# 繼承 Thread
class MyThread(Thread):
    # 把要執行的代碼寫到run函數里面 線程在創建后會直接運行run函數
    def run(self):
        hello()
t = MyThread()
t.start()

Thread 對象的完整定義:

class threading.Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={})

其中 run 方法代碼:

class Thread(_Verbose):
    def run(self):
        try:
            if self.__target:
                self.__target(*self.__args, **self.__kwargs)
        finally:
            # Avoid a refcycle if the thread is running a function with
            # an argument that has a member that points to the thread.
            del self.__target, self.__args, self.__kwargs

標准的 run 方法用於執行用戶傳入構造函數的 target 方法。 子類可以重寫 run 方法,把要執行的代碼寫到 run 里面,線程在創建后,用戶調用 start() 方法會運行 run() 方法。

所以 RepeatingTimer 重寫 _Timer 的 run() 方法,可以改變線程的執行體,當我們調用 RepeatingTimer 的 start() 方法時會執行我們重寫的 run() 方法。

再看看 RepeatingTimer 類中的 while not self.finished.is_set() 語句,self.finished.is_set() 直到 True 才會退出循環,定時器才結束。finishedthreading.Event 對象。一個 Event 對象管理着一個 flag 標志,它能被 set() 方法設置為 True,也能被 clear() 方法設置為 False,調用 wait([timeout]) 線程會一直 sleep 到 flag 為 True 或超時時間到達。

我們知道定時器有一個 cancel() 方法可以提前取消操作。它其實是調用 Event.clear() 方法提前讓 wait 方法結束等待,並且判斷在 flag 為 true 的情況下不執行定時器操作。具體的代碼:

class _Timer(Thread):
    """Call a function after a specified number of seconds:
            t = Timer(30.0, f, args=[], kwargs={})
            t.start()
            t.cancel() # stop the timer's action if it's still waiting
    """

    def __init__(self, interval, function, args=[], kwargs={}):
        Thread.__init__(self)
        self.interval = interval
        self.function = function
        self.args = args
        self.kwargs = kwargs
        self.finished = Event()

    def cancel(self):
        """Stop the timer if it hasn't finished yet"""
        self.finished.set()

    def run(self):
        self.finished.wait(self.interval)
        if not self.finished.is_set():
            self.function(*self.args, **self.kwargs)
        self.finished.set()

所以 RepeatingTimer 的 run 方法會一直執行 while 循環體,在循環體了會執行用戶傳入的 function 對象,並等待指定的時間。當用戶想退出定時器時,只需要調用 cancel 方法,將 flag 置為 True 便不會繼續執行循環體了。這樣便完成了一個還不錯的循環定時器。

FAQ

  1. 准確定時問題

A:

self.function(*self.args, **self.kwargs)
self.finished.wait(self.interval)

有一個疑問,如果function方法是一個很耗時的過程,那么其實並沒有實現准確的定時。比如function完成需要2s,interval設置10s,實際的定時間隔是2+10=12s。

Q:

分場景看吧,我們先把定時執行的過程簡稱為周期性事件。

  1. 如果周期事件沒有執行完,就不執行下一個周期事件,那么上面的方法是推薦的;耗時如果比較長,比如 redis 的 serverCron 函數,就把持久化操作放在子進程去完成;
  2. 如果需要准確的定時,可以退化為 timer 里定義 timer 的方法,用多個 Thread 去執行;定時比較短的情況,此方法不推薦,會產生很多等待的 Thread,創建和回收都很耗資源,此時可以維護一個線程池避免這個問題


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