本文介紹了Python對於執行緒的支援，包括“學會”多執行緒程式設計需要掌握的基礎以及Python兩個執行緒標準庫的完整介紹及使用示例。

注意：本文基於Python2.4完成，；如果看到不明白的詞彙請記得百度谷歌或維基，whatever。

1. 執行緒基礎

1.1. 執行緒狀態

執行緒有5種狀態，狀態轉換的過程如下圖所示：

thread_stat_simple

1.2. 執行緒同步（鎖）

多執行緒的優勢在於可以同時執行多個任務（至少感覺起來是這樣）。但是當執行緒需要共享資料時，可能存在資料不同步的問題。考慮這樣一種情況：一個列表裡所有元素都是0，執行緒"set"從後向前把所有元素改成1，而執行緒"print"負責從前往後讀取列表並列印。那麼，可能執行緒"set"開始改的時候，執行緒"print"便來列印列表了，輸出就成了一半0一半1，這就是資料的不同步。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。每當一個執行緒比如"set"要訪問共享資料時，必須先獲得鎖定；如果已經有別的執行緒比如"print"獲得鎖定了，那麼就讓執行緒"set"暫停，也就是同步阻塞；等到執行緒"print"訪問完畢，釋放鎖以後，再讓執行緒"set"繼續。經過這樣的處理，列印列表時要麼全部輸出0，要麼全部輸出1，不會再出現一半0一半1的尷尬場面。

執行緒與鎖的互動如下圖所示：

thread_lock

1.3. 執行緒通訊（條件變數）

然而還有另外一種尷尬的情況：列表並不是一開始就有的；而是通過執行緒"create"建立的。如果"set"或者"print" 在"create"還沒有執行的時候就訪問列表，將會出現一個異常。使用鎖可以解決這個問題，但是"set"和"print"將需要一個無限迴圈——他們不知道"create"什麼時候會執行，讓"create"在執行後通知"set"和"print"顯然是一個更好的解決方案。於是，引入了條件變數。

條件變數允許執行緒比如"set"和"print"在條件不滿足的時候（列表為None時）等待，等到條件滿足的時候（列表已經建立）發出一個通知，告訴"set" 和"print"條件已經有了，你們該起床幹活了；然後"set"和"print"才繼續執行。

執行緒與條件變數的互動如下圖所示：

thread_condition_wait

thread_condition_notify

1.4. 執行緒執行和阻塞的狀態轉換

最後看看執行緒執行和阻塞狀態的轉換。

thread_stat

阻塞有三種情況：

同步阻塞是指處於競爭鎖定的狀態，執行緒請求鎖定時將進入這個狀態，一旦成功獲得鎖定又恢復到執行狀態；

等待阻塞是指等待其他執行緒通知的狀態，執行緒獲得條件鎖定後，呼叫“等待”將進入這個狀態，一旦其他執行緒發出通知，執行緒將進入同步阻塞狀態，再次競爭條件鎖定；

而其他阻塞是指呼叫time.sleep()、anotherthread.join()或等待IO時的阻塞，這個狀態下執行緒不會釋放已獲得的鎖定。

tips: 如果能理解這些內容，接下來的主題將是非常輕鬆的；並且，這些內容在大部分流行的程式語言裡都是一樣的。（意思就是非看懂不可 >_< 嫌作者水平低找別人的教程也要看懂）

2. thread

Python通過兩個標準庫thread和threading提供對執行緒的支援。thread提供了低級別的、原始的執行緒以及一個簡單的鎖。

# encoding: UTF-8
import thread
import time
 
# 一個用於線上程中執行的函式
def func():
  for i in range(5):
    print 'func'
    time.sleep(1)
  
  # 結束當前執行緒
  # 這個方法與thread.exit_thread()等價
  thread.exit() # 當func返回時，執行緒同樣會結束
    
# 啟動一個執行緒，執行緒立即開始執行
# 這個方法與thread.start_new_thread()等價
# 第一個引數是方法，第二個引數是方法的引數
thread.start_new(func,()) # 方法沒有引數時需要傳入空tuple
 
# 建立一個鎖（LockType，不能直接例項化）
# 這個方法與thread.allocate_lock()等價
lock = thread.allocate()
 
# 判斷鎖是鎖定狀態還是釋放狀態
print lock.locked()
 
# 鎖通常用於控制對共享資源的訪問
count = 0
 
# 獲得鎖，成功獲得鎖定後返回True
# 可選的timeout引數不填時將一直阻塞直到獲得鎖定
# 否則超時後將返回False
if lock.acquire():
  count += 1
  
  # 釋放鎖
  lock.release()
 
# thread模組提供的執行緒都將在主執行緒結束後同時結束


time.sleep(6)

thread 模組提供的其他方法：

thread.interrupt_main(): 在其他執行緒中終止主執行緒。

thread.get_ident(): 獲得一個代表當前執行緒的魔法數字，常用於從一個字典中獲得執行緒相關的資料。這個數字本身沒有任何含義，並且當執行緒結束後會被新執行緒複用。

thread還提供了一個ThreadLocal類用於管理執行緒相關的資料，名為 thread._local，threading中引用了這個類。

由於thread提供的執行緒功能不多，無法在主執行緒結束後繼續執行，不提供條件變數等等原因，一般不使用thread模組，這裡就不多介紹了。

3. threading

threading基於Java的執行緒模型設計。鎖（Lock）和條件變數（Condition）在Java中是物件的基本行為（每一個物件都自帶了鎖和條件變數），而在Python中則是獨立的物件。Python Thread提供了Java Thread的行為的子集；沒有優先順序、執行緒組，執行緒也不能被停止、暫停、恢復、中斷。Java Thread中的部分被Python實現了的靜態方法在threading中以模組方法的形式提供。

threading 模組提供的常用方法：

threading.currentThread(): 返回當前的執行緒變數。

threading.enumerate(): 返回一個包含正在執行的執行緒的list。正在執行指執行緒啟動後、結束前，不包括啟動前和終止後的執行緒。

threading.activeCount(): 返回正在執行的執行緒數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。

threading模組提供的類：

Thread,Lock,Rlock,Condition,[Bounded]Semaphore,Event,Timer,local.

3.1. Thread

Thread是執行緒類，與Java類似，有兩種使用方法，直接傳入要執行的方法或從Thread繼承並覆蓋run()：

# encoding: UTF-8
import threading
 
# 方法1：將要執行的方法作為引數傳給Thread的構造方法
def func():
  print 'func() passed to Thread'
 
t = threading.Thread(target=func)
t.start()
 
# 方法2：從Thread繼承，並重寫run()
class MyThread(threading.Thread):
  def run(self):
    print 'MyThread extended from Thread'
 
t = MyThread()
t.start()

構造方法：

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

group: 執行緒組，目前還沒有實現，庫引用中提示必須是None；

target: 要執行的方法；

name: 執行緒名；

args/kwargs: 要傳入方法的引數。

例項方法：

isAlive(): 返回執行緒是否在執行。正在執行指啟動後、終止前。

get/setName(name): 獲取/設定執行緒名。

is/setDaemon(bool): 獲取/設定是否守護執行緒。初始值從建立該執行緒的執行緒繼承。當沒有非守護執行緒仍在執行時，程式將終止。

start(): 啟動執行緒。

join([timeout]): 阻塞當前上下文環境的執行緒，直到呼叫此方法的執行緒終止或到達指定的timeout（可選引數）。

一個使用join()的例子：

# encoding: UTF-8
import threading
import time
 
def context(tJoin):
  print 'in threadContext.'
  tJoin.start()
  
  # 將阻塞tContext直到threadJoin終止。
  tJoin.join()
  
  # tJoin終止後繼續執行。
  print 'out threadContext.'
 
def join():
  print 'in threadJoin.'
  time.sleep(1)
  print 'out threadJoin.'
 
tJoin = threading.Thread(target=join)
tContext = threading.Thread(target=context,args=(tJoin,))
 
tContext.start()

執行結果：

in threadContext. 
in threadJoin. 
out threadJoin. 
out threadContext.

3.2. Lock

Lock（指令鎖）是可用的最低階的同步指令。Lock處於鎖定狀態時，不被特定的執行緒擁有。Lock包含兩種狀態——鎖定和非鎖定，以及兩個基本的方法。

可以認為Lock有一個鎖定池，當執行緒請求鎖定時，將執行緒至於池中，直到獲得鎖定後出池。池中的執行緒處於狀態圖中的同步阻塞狀態。

構造方法：

Lock()

例項方法：

acquire([timeout]): 使執行緒進入同步阻塞狀態，嘗試獲得鎖定。

release(): 釋放鎖。使用前執行緒必須已獲得鎖定，否則將丟擲異常。

# encoding: UTF-8
import threading
import time
 
data = 0
lock = threading.Lock()
 
def func():
  global data
  print '%s acquire lock...' % threading.currentThread().getName()
  
  # 呼叫acquire([timeout])時，執行緒將一直阻塞，
  # 直到獲得鎖定或者直到timeout秒後（timeout引數可選）。
  # 返回是否獲得鎖。
  if lock.acquire():
    print '%s get the lock.' % threading.currentThread().getName()
    data += 1
    time.sleep(2)
    print '%s release lock...' % threading.currentThread().getName()
    
    # 呼叫release()將釋放鎖。
    lock.release()
 
t1 = threading.Thread(target=func)
t2 = threading.Thread(target=func)
t3 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t2.start()
t3.start()

3.3. RLock

RLock（可重入鎖）是一個可以被同一個執行緒請求多次的同步指令。RLock使用了“擁有的執行緒”和“遞迴等級”的概念，處於鎖定狀態時，RLock被某個執行緒擁有。擁有RLock的執行緒可以再次呼叫acquire()，釋放鎖時需要呼叫release()相同次數。

可以認為RLock包含一個鎖定池和一個初始值為0的計數器，每次成功呼叫 acquire()/release()，計數器將+1/-1，為0時鎖處於未鎖定狀態。

構造方法：

RLock()

例項方法：

acquire([timeout])/release(): 跟Lock差不多。

# encoding: UTF-8
import threading
import time
 
rlock = threading.RLock()
 
def func():
  # 第一次請求鎖定
  print '%s acquire lock...' % threading.currentThread().getName()
  if rlock.acquire():
    print '%s get the lock.' % threading.currentThread().getName()
    time.sleep(2)
    
    # 第二次請求鎖定
    print '%s acquire lock again...' % threading.currentThread().getName()
    if rlock.acquire():
      print '%s get the lock.' % threading.currentThread().getName()
      time.sleep(2)
    
    # 第一次釋放鎖
    print '%s release lock...' % threading.currentThread().getName()
    rlock.release()
    time.sleep(2)
    
    # 第二次釋放鎖
    print '%s release lock...' % threading.currentThread().getName()
    rlock.release()
 
t1 = threading.Thread(target=func)
t2 = threading.Thread(target=func)
t3 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t2.start()
t3.start()

3.4. Condition

Condition（條件變數）通常與一個鎖關聯。需要在多個Contidion中共享一個鎖時，可以傳遞一個Lock/RLock例項給構造方法，否則它將自己生成一個RLock例項。

可以認為，除了Lock帶有的鎖定池外，Condition還包含一個等待池，池中的執行緒處於狀態圖中的等待阻塞狀態，直到另一個執行緒呼叫notify()/notifyAll()通知；得到通知後執行緒進入鎖定池等待鎖定。

構造方法：

Condition([lock/rlock])

例項方法：

acquire([timeout])/release(): 呼叫關聯的鎖的相應方法。

wait([timeout]): 呼叫這個方法將使執行緒進入Condition的等待池等待通知，並釋放鎖。使用前執行緒必須已獲得鎖定，否則將丟擲異常。

notify(): 呼叫這個方法將從等待池挑選一個執行緒並通知，收到通知的執行緒將自動呼叫acquire()嘗試獲得鎖定（進入鎖定池）；其他執行緒仍然在等待池中。呼叫這個方法不會釋放鎖定。使用前執行緒必須已獲得鎖定，否則將丟擲異常。

notifyAll(): 呼叫這個方法將通知等待池中所有的執行緒，這些執行緒都將進入鎖定池嘗試獲得鎖定。呼叫這個方法不會釋放鎖定。使用前執行緒必須已獲得鎖定，否則將丟擲異常。

例子是很常見的生產者/消費者模式：

# encoding: UTF-8
import threading
import time
 
# 商品
product = None
# 條件變數
con = threading.Condition()
 
# 生產者方法
def produce():
  global product
  
  if con.acquire():
    while True:
      if product is None:
        print 'produce...'
        product = 'anything'
        
        # 通知消費者，商品已經生產
        con.notify()
      
      # 等待通知
      con.wait()
      time.sleep(2)
 
# 消費者方法
def consume():
  global product
  
  if con.acquire():
    while True:
      if product is not None:
        print 'consume...'
        product = None
        
        # 通知生產者，商品已經沒了
        con.notify()
      
      # 等待通知
      con.wait()
      time.sleep(2)
 
t1 = threading.Thread(target=produce)
t2 = threading.Thread(target=consume)
t2.start()
t1.start()

3.5. Semaphore/BoundedSemaphore

Semaphore（訊號量）是電腦科學史上最古老的同步指令之一。Semaphore管理一個內建的計數器，每當呼叫acquire()時-1，呼叫release() 時+1。計數器不能小於0；當計數器為0時，acquire()將阻塞執行緒至同步鎖定狀態，直到其他執行緒呼叫release()。

基於這個特點，Semaphore經常用來同步一些有“訪客上限”的物件，比如連線池。

BoundedSemaphore 與Semaphore的唯一區別在於前者將在呼叫release()時檢查計數器的值是否超過了計數器的初始值，如果超過了將丟擲一個異常。

構造方法：

Semaphore(value=1): value是計數器的初始值。

例項方法：

acquire([timeout]): 請求Semaphore。如果計數器為0，將阻塞執行緒至同步阻塞狀態；否則將計數器-1並立即返回。

release(): 釋放Semaphore，將計數器+1，如果使用BoundedSemaphore，還將進行釋放次數檢查。release()方法不檢查執行緒是否已獲得 Semaphore。

# encoding: UTF-8
import threading
import time
 
# 計數器初值為2
semaphore = threading.Semaphore(2)
 
def func():
  
  # 請求Semaphore，成功後計數器-1；計數器為0時阻塞
  print '%s acquire semaphore...' % threading.currentThread().getName()
  if semaphore.acquire():
    
    print '%s get semaphore' % threading.currentThread().getName()
    time.sleep(4)
    
    # 釋放Semaphore，計數器+1
    print '%s release semaphore' % threading.currentThread().getName()
    semaphore.release()
 
t1 = threading.Thread(target=func)
t2 = threading.Thread(target=func)
t3 = threading.Thread(target=func)
t4 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t2.start()
t3.start()
t4.start()
 
time.sleep(2)
 
# 沒有獲得semaphore的主執行緒也可以呼叫release
# 若使用BoundedSemaphore，t4釋放semaphore時將丟擲異常
print 'MainThread release semaphore without acquire'
semaphore.release()

3.6. Event

Event（事件）是最簡單的執行緒通訊機制之一：一個執行緒通知事件，其他執行緒等待事件。Event內建了一個初始為False的標誌，當呼叫set()時設為True，呼叫clear()時重置為 False。wait()將阻塞執行緒至等待阻塞狀態。

Event其實就是一個簡化版的 Condition。Event沒有鎖，無法使執行緒進入同步阻塞狀態。

構造方法：

Event()

例項方法：

isSet(): 當內建標誌為True時返回True。

set(): 將標誌設為True，並通知所有處於等待阻塞狀態的執行緒恢復執行狀態。

clear(): 將標誌設為False。

wait([timeout]): 如果標誌為True將立即返回，否則阻塞執行緒至等待阻塞狀態，等待其他執行緒呼叫set()。

# encoding: UTF-8
import threading
import time
 
event = threading.Event()
 
def func():
  # 等待事件，進入等待阻塞狀態
  print '%s wait for event...' % threading.currentThread().getName()
  event.wait()
  
  # 收到事件後進入執行狀態
  print '%s recv event.' % threading.currentThread().getName()
 
t1 = threading.Thread(target=func)
t2 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t2.start()
 
time.sleep(2)
 
# 傳送事件通知
print 'MainThread set event.'
event.set()

3.7. Timer

Timer（定時器）是Thread的派生類，用於在指定時間後呼叫一個方法。

構造方法：

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

interval: 指定的時間

function: 要執行的方法

args/kwargs: 方法的引數

例項方法：

Timer從Thread派生，沒有增加例項方法。

# encoding: UTF-8
import threading
 
def func():
  print 'hello timer!'
 
timer = threading.Timer(5,func)
timer.start()

3.8. local

local是一個小寫字母開頭的類，用於管理 thread-local（執行緒區域性的）資料。對於同一個local，執行緒無法訪問其他執行緒設定的屬性；執行緒設定的屬性不會被其他執行緒設定的同名屬性替換。

可以把local看成是一個“執行緒-屬性字典”的字典，local封裝了從自身使用執行緒作為 key檢索對應的屬性字典、再使用屬性名作為key檢索屬性值的細節。

# encoding: UTF-8
import threading
 
local = threading.local()
local.tname = 'main'
 
def func():
  local.tname = 'notmain'
  print local.tname
 
t1 = threading.Thread(target=func)
t1.start()
t1.join()
 
print local.tname

熟練掌握Thread、Lock、Condition就可以應對絕大多數需要使用執行緒的場合，某些情況下local也是非常有用的東西。本文的最後使用這幾個類展示執行緒基礎中提到的場景：

# encoding: UTF-8
import threading
 
alist = None
condition = threading.Condition()
 
def doSet():
  if condition.acquire():
    while alist is None:
      condition.wait()
    for i in range(len(alist))[::-1]:
      alist[i] = 1
    condition.release()
 
def doPrint():
  if condition.acquire():
    while alist is None:
      condition.wait()
    for i in alist:
      print i,print
    condition.release()
 
def doCreate():
  global alist
  if condition.acquire():
    if alist is None:
      alist = [0 for i in range(10)]
      condition.notifyAll()
    condition.release()
 
tset = threading.Thread(target=doSet,name='tset')
tprint = threading.Thread(target=doPrint,name='tprint')
tcreate = threading.Thread(target=doCreate,name='tcreate')
tset.start()
tprint.start()
tcreate.start()

以上這篇Python執行緒指南分享就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支援我們。