Python 學習筆記（六）--執行緒
1.自定義程序
自定義程序類，繼承Process類，重寫run方法（重寫Process的run方法）。
from multiprocessing import Process import time import os class MyProcess(Process): def __init__(self, name): ##重寫，需要__init__,也添加了新的引數。
##Process.__init__(self) 不可以省略，否則報錯：AttributeError:'XXXX'object has no attribute '_colsed' Process.__init__(self) self.name = name def run(self): print("子程序(%s-%s)啟動" % (self.name, os.getpid())) time.sleep(3) print("子程序(%s-%s)結束" % (self.name, os.getpid())) if __name__ == '__main__': print("父程序啟動") p = MyProcess("Ail") # 自動呼叫MyProcess的run()方法 p.start() p.join()print("父程序結束") # 輸出結果 父程序啟動 子程序(Ail-38512)啟動 子程序(Ail-38512)結束 父程序結束
2.程序與執行緒
多程序適合在CPU密集型操作（CPU操作指令比較多，如科學計算、位數多的浮點計算）；
多執行緒適合在IO密集型操作（讀寫資料操作比較多的，比如爬蟲、檔案上傳、下載）
執行緒是併發，程序是並行：程序之間互相獨立，是系統分配資源的最小單位，同一個程序中的所有執行緒共享資源。
程序：一個執行的程式或程式碼就是一個程序，一個沒有執行的程式碼叫程式。程序是系統進行資源分配的最小單位，程序擁有自己的記憶體空間，所以，程序間資料不共享，開銷大。
程序是程式的一次動態執行過程。每個程序都擁有自己的地址空間、記憶體、資料棧以及其它用於跟蹤執行的輔助資料。作業系統負責其上所有程序的執行，作業系統會為這些程序合理地分配執行時間。
執行緒：排程執行的最小單位，也叫執行路徑，不能獨立存在，依賴程序的存在而存在，一個程序至少有一個執行緒，叫做主執行緒，多個執行緒共享記憶體（資料共享和全域性變數），因此提升程式的執行效率。
執行緒是作業系統能夠進行運算排程的最小單位，它被包含在程序之中，是程序中的實際運作單位。一條執行緒指的是程序中一個單一順序的控制流，一個程序中可以併發多個執行緒，每條執行緒並行執行不同的任務。一個執行緒是一個execution context（執行上下文），即一個CPU執行時所需要的一串指令。
主執行緒：主執行緒就是建立執行緒程序中產生的第一個執行緒，也就是main函式對應的執行緒。
協程：使用者態的輕量級執行緒，排程由使用者控制，擁有自己的暫存器上下文和棧，切換基本沒有核心切換的開銷，切換靈活。
程序和執行緒的關係
3.多執行緒
作業系統通過給不同的執行緒分配時間片（CPU執行時長）來排程執行緒，當CPU執行完一個執行緒的時間片後就會快速切換到下一個執行緒，時間片很短而且切換速度很快，以至於使用者根本察覺不到。多個執行緒根據分配的時間片輪流被CPU執行，如今絕大多數計算機的CPU都是多核的，多個執行緒在作業系統的排程下，能夠被多個CPU並行執行，程式的執行速度和CPU的利用效率大大提升。絕大對數主流的程式語言都能很好地支援多執行緒，然而，Python由於GIL鎖無法實現真正的多執行緒。
記憶體中的執行緒
4.Thread類方法
（1）start() --開始執行該執行緒；
（2）run() --定義執行緒的方法（開發者可以在子類中重寫）；標準的 run() 方法會對作為 target 引數傳遞給該物件構造器的可呼叫物件（如果存在）發起呼叫，並附帶從 args 和 kwargs 引數分別獲取的位置和關鍵字引數。
（3）join(timeout=None) --直至啟動的執行緒終止之前一直掛起；除非給出了timeout(單位秒)，否則一直被阻塞；因為 join() 總是返回 None ，所以要在 join() 後呼叫 is_alive() 才能判斷是否發生超時 -- 如果執行緒仍然存活，則 join() 超時。一個執行緒可以被 join() 很多次。如果嘗試加入當前執行緒會導致死鎖， join() 會引起 RuntimeError 異常。如果嘗試 join() 一個尚未開始的執行緒，也會丟擲相同的異常。
（4）is_alive() --布林值，表示這個執行緒是否還存活;當 run() 方法剛開始直到 run() 方法剛結束，這個方法返回 True 。
（5）threading.current_thread()--返回當前對應呼叫者的控制執行緒的 Thread 物件。例如，獲取當前執行緒的名字，可以是current_thread().name。
5.多執行緒與多程序小Case
from threading import Thread from multiprocessing import Process import os def work(): print('hello,',os.getpid()) if __name__ == '__main__': # 在主程序下開啟多個執行緒，每個執行緒都跟主程序的pid一樣 t1 = Thread(target=work) # 開啟一個執行緒 t2 = Thread(target=work) # 開啟兩個執行緒 t1.start() ##start()--It must be called at most once per thread object.It arranges for the object's run() method to be
## invoked in a separate thread of control.This method will raise a RuntimeError if called more than once on the
## same thread object. t2.start() print('主執行緒/主程序pid', os.getpid()) # 開多個程序，每個程序都有不同的pid p1 = Process(target=work) p2 = Process(target=work) p1.start() p2.start() print('主執行緒/主程序pid',os.getpid())
來源於：https://cloud.tencent.com/developer/article/1175618
6.Thread 的生命週期
執行緒的狀態包括:建立、就緒、執行、阻塞、結束。
(1)建立物件時，代表 Thread 內部被初始化；
(2) 呼叫 start() 方法後，thread 會開始進入佇列準備執行，在未獲得CPU、記憶體資源前，稱為就緒狀態；輪詢獲取資源，進入執行狀態；如果遇到sleep，則是進入阻塞狀態；
(3) thread 程式碼正常執行結束或者是遇到異常，執行緒會終止。
7.自定義執行緒
（1）定義一個類，繼承Thread；
（2）重寫__init__ 和 run();
（3）建立執行緒類物件；
（4）啟動執行緒。
import time import threading class MyThread(threading.Thread): def __init__(self,num): super().__init__() ###或者是Thread.__init__() self.num = num def run(self): print('執行緒名稱：', threading.current_thread().getName(), '引數：', self.num, '開始時間：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) if __name__ == '__main__': print('主執行緒開始：',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) t1 = MyThread(1) t2 = MyThread(2) t1.start() t2.start() t1.join() t2.join() print('主執行緒結束：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
8.執行緒共享資料與GIL（全域性直譯器鎖）
如果是全域性變數，則每個執行緒是共享的；
GIL鎖：可以用籃球比賽的場景來模擬，把籃球場看作是CPU，一場籃球比賽看作是一個執行緒，如果只有一個籃球場，多場比賽就要排隊進行，類似於一個簡單的單核多執行緒的程式；如果由多塊籃球場，多場比賽同時進行，就是一個簡單的多核多執行緒的程式。然而，Python有著特別的規定：每場比賽必須要在裁判的監督之下才允許進行，而裁判只有一個。這樣不管你有幾塊籃球場，同一時間只允許有一個場地進行比賽，其它場地都將被閒置，其它比賽都只能等待。
9.GIL 和 Lock
GIL保證同一時間內一個程序可以有多個執行緒，但只有一個執行緒在執行；鎖的目的是為了保護共享的資料，同一時間只能有一個執行緒來修改共享的資料。
類為threading.Lock
它有兩個基本方法， acquire() 和 release() 。
當狀態為非鎖定時， acquire() 將狀態改為 鎖定 並立即返回。當狀態是鎖定時， acquire() 將阻塞至其他執行緒呼叫 release() 將其改為非鎖定狀態，然後 acquire() 呼叫重置其為鎖定狀態並返回。
release() 只在鎖定狀態下呼叫； 它將狀態改為非鎖定並立即返回。如果嘗試釋放一個非鎖定的鎖，則會引發 RuntimeError 異常。
Caese 如下：
from threading import Thread from threading import Lock import time
number = 0
def task(lock): global number lock.acquire() ##持有鎖 for i in range(100000)
number += 1
lock.release() ##釋放鎖 if __name__ == '__main__': lock=Lock() t1 = Thread(target=task,args=(lock,)) t2 = Thread(target=task,args=(lock,))
t3 = Thread(target=task,args=(lock,))
t1.start()
t2.start()
t3.start()
t1.join()
t2.join()
t3.join()
print('number:',number)
參考
1.Python3多程序multiprocessing模組的使用
https://www.jianshu.com/p/a5f10c152c20
2.python3--threading模組(執行緒)
https://cloud.tencent.com/developer/article/1175618
3.threading--- 基於執行緒的並行
https://docs.python.org/zh-cn/3.7/library/threading.html
4.python 併發程式設計 多執行緒 GIL與Lock