第49天：Python 多線程之 threading 模塊

by 程序員野客

在之前的文章中，我們已經介紹了 Python 通過 _thread 和 threading 模塊提供了對多線程的支持，threading 模塊兼具了 _thread 模塊的現有功能，又擴展了一些新的功能，具有十分豐富的線程操作功能，本節我們就來詳細學習一下 threading 模塊。

1 創建線程

使用 threading 模塊創建線程通常有兩種方式：1）使用 threading 模塊中 Thread 類的構造器創建線程，即直接對類 threading.Thread 進行實例化，並調用實例化對象的 start 方法創建線程；2）繼承 threading 模塊中的 Thread 類創建線程類，即用 threading.Thread 派生出一個新的子類，將新建類實例化，並調用其 start 方法創建線程。

1.1 構造器方式

調用 threading.Thread 類的如下構造器創建線程：

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

• group：指定該線程所屬的線程組，目前該參數還未實現，為了日后擴展 ThreadGroup 類實現而保留。
• target：用於 run() 方法調用的可調用對象，默認是 None，表示不需要調用任何方法。
• args：是用於調用目標函數的參數元組，默認是 ()。
• kwargs：是用於調用目標函數的關鍵字參數字典，默認是 {}。
• daemon：如果 daemon 不是 None，線程將被顯式的設置為守護模式，不管該線程是否是守護模式，如果是 None (默認值)，線程將繼承當前線程的守護模式屬性。

示例如下：

import time
import threading
def work(num):
    print('線程名稱：',threading.current_thread().getName(),'參數：',num,'開始時間：',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
if __name__ == '__main__':
    print('主線程開始時間：',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    t1 = threading.Thread(target=work,args=(3,))
    t2 = threading.Thread(target=work,args=(2,))
    t3 = threading.Thread(target=work,args=(1,))
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()
    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    print('主線程結束時間：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))

上述示例中實例化了三個 Thread 類的實例，並向任務函數傳遞不同的參數，start 方法開啟線程，join 方法阻塞主線程，等待當前線程運行結束。

1.2 繼承方式

通過繼承的方式創建線程包括如下步驟：1）定義 Thread 類的子類，並重寫該類的 run 方法；2）創建 Thread 子類的實例，即創建線程對象；3）調用線程對象的 start 方法來啟動線程。示例如下：

import time
import threading
class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self,num):
        super().__init__()
        self.num = num
    def run(self):
        print('線程名稱：', threading.current_thread().getName(), '參數：', self.num, '開始時間：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
if __name__ == '__main__':
    print('主線程開始時間：',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    t1 = MyThread(3)
    t2 = MyThread(2)
    t3 = MyThread(1)
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()
    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    print('主線程結束時間：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))

上述示例中自定義了線程類 MyThread，繼承了 threading.Thread，並重寫了 __init__ 方法和 run 方法。

2 守護線程

守護線程（也稱后台線程）是在后台運行的，它的任務是為其他線程提供服務，如 Python 解釋器的垃圾回收線程就是守護線程。如果所有的前台線程都死亡了，守護線程也會自動死亡。來看個例子：

# 不設置守護線程
import threading
def work(num):
    for i in range(num):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
t = threading.Thread(target=work, args=(10,), name='守護線程')
t.start()
for i in range(10):
    pass
    
# 輸出結果：
'''
守護線程  0
守護線程  1
守護線程  2
守護線程  3
守護線程  4
守護線程  5
守護線程  6
守護線程  7
守護線程  8
守護線程  9
'''

# 設置守護線程
import threading
def work(num):
    for i in range(num):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
t = threading.Thread(target=work, args=(10,), name='守護線程')
t.daemon = True
t.start()
for i in range(10):
    pass
    
# 輸出結果：
# 守護線程  0

上述示例直觀的說明了當前台線程結束，守護線程也會自動結束。

如果你設置一個線程為守護線程，就表示這個線程是不重要的，在進程退出的時候，不用等待這個線程退出；如果你的主線程在退出的時候，不用等待哪些子線程完成，那就設置這些線程為守護線程；如果你想等待子線程完成后再退出，那就什么都不用做，或者顯示地將 daemon 屬性設置為 false。

3 線程本地數據

Python 的 threading 模塊提供了 local 方法，該方法返回得到一個全局對象，不同線程使用這個對象存儲的數據，其它線程是不可見的(本質上就是不同的線程使用這個對象時為其創建一個獨立的字典)。來看個示例：

# 不使用 threading.local
import threading
import time
num = 0
def work():
    global num
    for i in range(10):
        num += 1
    print(threading.current_thread().getName(), num)
    time.sleep(0.0001)
for i in range(5):
    threading.Thread(target=work).start()

# 輸出結果：
'''
Thread-1 10
Thread-2 20
Thread-3 30
Thread-4 40
Thread-5 50
'''

上面示例中 num 是全局變量，變成了公共資源，通過輸出結果，我們發現子線程之間的計算結果出現了互相干擾的情況。

# 使用 threading.local
num = threading.local()
def work():
    num.x = 0
    for i in range(10):
        num.x += 1
    print(threading.current_thread().getName(), num.x)
    time.sleep(0.0001)
for i in range(5):
    threading.Thread(target=work).start()
    
# 輸出結果：
'''
Thread-1 10
Thread-2 10
Thread-3 10
Thread-4 10
Thread-5 10
'''

使用 threading.local 的示例中，num 是全局變量，但每個線程定義的屬性 num.x 是各自線程獨有的，其它線程是不可見的，因此每個線程的計算結果未出現相互干擾的情況。

4 定時器

threading 模塊提供了 Timer 類實現定時器功能，來看個例子：

# 單次執行
from threading import Timer
def work():
    print("Hello Python")
# 5 秒后執行 work 方法
t = Timer(5, work)
t.start()

Timer 只能控制函數在指定的時間內執行一次，如果我們需要多次重復執行，需要再進行一次調度，想要取消調度時可以使用 Timer 的 cancel 方法。來看個例子：

# 重復執行
count = 0
def work():
    print('當前時間：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    global t, count
    count += 1
    # 如果 count 小於 5，開始下一次調度
    if count < 5:
        t = Timer(1, work)
        t.start()
# 指定 2 秒后執行 work 方法
t = Timer(2, work)
t.start()

5 常用方法、屬性

threading 模塊提供了十分豐富的線程操作功能，它的 API 方法及屬性自然也特別多，我們來看一下常用的方法和屬性。

1）threading.Thread 實例的方法、屬性

方法	說明
start()	啟動線程活動，它在一個線程里最多只能被調用一次。
run()	表示線程活動的方法。
join(timeout=None)	等待至線程中止。
getName()	返回線程名。
setName()	設置線程名。
is_alive()	返回線程是否是活動的。
daemon	是否為守護線程的標志。
ident	線程標識符，線程尚未開始返回 None，已啟動返回非零整數。

2）threading 直接調用的方法

方法	說明
active_count()	返回當前存活的線程類 Thread 對象，返回個數等於 enumerate() 返回的列表長度。
current_thread()	返回當前對應調用者的 Thread 對象。
get_ident()	返回當前線程的線程標識符，它是一個非零的整數。
enumerate()	以列表形式返回當前所有存活的 Thread 對象。
main_thread()	返回主 Thread 對象。
settrace(func)	為所有 threading 模塊開始的線程設置追蹤函數。
setprofile(func)	為所有 threading 模塊開始的線程設置性能測試函數。
stack_size([size])	返回創建線程時用的堆棧大小。

總結

本節給大家介紹了 Python 的線程模塊 threading，讓大家對 threading 模塊的相關概念和使用有了進一步的了解。

示例代碼：Python-100-days-day049

參考：

https://docs.python.org/zh-cn/3/library/threading.html

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