Python3多線程使用

一、簡介

Python中使用線程有兩種方式：函數或者用類來包裝線程對象。

函數式：調用 _thread 模塊中的start_new_thread()函數來產生新線程。語法如下:

參數說明:

• function - 線程函數。
• args - 傳遞給線程函數的參數,他必須是個tuple類型。
• kwargs - 可選參數。

實例：

#!/usr/bin/python3

import _thread
import time

# 為線程定義一個函數
def print_time( threadName, delay):
   count = 0
   while count < 5:
      time.sleep(delay)
      count += 1
      print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))

# 創建兩個線程
try:
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
   print ("Error: 無法啟動線程")

while 1:
   pass

二、線程模塊

Python3 通過兩個標准庫 _thread 和 threading 提供對線程的支持。

_thread 提供了低級別的、原始的線程以及一個簡單的鎖，它相比於 threading 模塊的功能還是比較有限的。

threading 模塊除了包含 _thread 模塊中的所有方法外，還提供的其他方法：

• threading.currentThread(): 返回當前的線程變量。
• threading.enumerate(): 返回一個包含正在運行的線程的list。正在運行指線程啟動后、結束前，不包括啟動前和終止后的線程。
• threading.activeCount(): 返回正在運行的線程數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。

除了使用方法外，線程模塊同樣提供了Thread類來處理線程，Thread類提供了以下方法:

• run(): 用以表示線程活動的方法。
• start():啟動線程活動。
• join([time]): 等待至線程中止。這阻塞調用線程直至線程的join() 方法被調用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時發生。
• isAlive(): 返回線程是否活動的。
• getName(): 返回線程名。
• setName(): 設置線程名。

三、使用 threading 模塊創建線程

可以通過直接從 threading.Thread 繼承創建一個新的子類，並實例化后調用 start() 方法啟動新線程，即它調用了線程的 run() 方法：

#!/usr/bin/python3

import threading
import time

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)
        print_time(self.name, self.counter, 5)
        print ("退出線程：" + self.name)

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)

# 開啟新線程
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print ("退出主線程")

四、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：

注意：
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 threading
import time

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 ("開啟線程： " + self.name)
        # 獲取鎖，用於線程同步
        threadLock.acquire()
        print_time(self.name, self.counter, 3)
        # 釋放鎖，開啟下一個線程
        threadLock.release()

def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1

threadLock = threading.Lock()
threads = []

# 創建新線程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 開啟新線程
thread1.start()
thread2.start()

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

# 等待所有線程完成
for t in threads:
    t.join()
print ("退出主線程")

五、線程優先級隊列（ Queue）

1、queue隊列

1.python3中的隊列模塊是queue，不是Queue

2.一般涉及到同步，多線程之類用到隊列模塊

3.定義了 queue.Queue 類，以及繼承它的 queue.LifoQueue 類 和 queue.PriorityQueue 類 和 queue.SimpleQueue 類

4.分別對應隊列類（FIFO先進先出），LIFO后進先出隊列類，優先隊列，無邊界FIFO簡單隊列類

5.還有兩個異常：隊滿和隊空

2、隊列queue公共方法

import queue

#創建基本隊列
#queue.Queue(maxsize=0)創建一個隊列對象（隊列容量），若maxsize小於或者等於0，隊列大小沒有限制
Q=queue.Queue(10)
print(Q)
print(type(Q))

#1.基本方法
print(Q.queue)#查看隊列中所有元素
print(Q.qsize())#返回隊列的大小
print(Q.empty())#判斷隊空
print(Q.full())#判斷隊滿

#2.獲取隊列，0--5
#Queue.put（item，block = True，timeout = None ）將對象放入隊列，阻塞調用（block=False拋異常），無等待時間
for i in range(5):
    Q.put(i)
# Queue.put_nowait(item)相當於 put(item, False).


#3.讀隊列，0--5
#Queue.get(block=True, timeout=None)讀出隊列的一個元素，阻塞調用，無等待時間
while not Q.empty():
    print(Q.get())
# Queue.get_nowait()相當於get(False).取數據，如果沒數據拋queue.Empty異常


#4.另兩種涉及等待排隊任務的方法
# Queue.task_done()在完成一項工作后，向任務已經完成的隊列發送一個信號
# Queue.join()阻止直到隊列中的所有項目都被獲取並處理。即等到隊列為空再執行別的操作

3、其他

1.LifoQueue： LIFO后進先出

2.PriorityQueue：優先級隊列，如果數據元素不具有可比性，則可將數據包裝在忽略數據項的類中，僅比較優先級編號 

3.SimpleQueue:簡單隊列，無跟蹤任務的功能

六、Queue詳細參數和用法實例

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：

import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

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)

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)

threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
queueLock = threading.Lock()
workQueue = queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1

# 創建新線程
for tName in threadList:
    thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    thread.start()
    threads.append(thread)
    threadID += 1

# 填充隊列
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")