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线程

分类: 文章 • 2024-03-18 08:55:58

线程

线程介绍

有了进程为什么要有线程

进程有很多优点，它提供了多道编程，让我们感觉我们每个人都拥有自己的CPU和其他资源，可以提高计算机的利用率。很多人就不理解了，既然进程这么优秀，为什么还要线程呢？其实，仔细观察就会发现进程还是有很多缺陷的，主要体现在两点上：

  • 进程只能在一个时间干一件事，如果想同时干两件事或多件事，进程就无能为力了。

  • 进程在执行的过程中如果阻塞，例如等待输入，整个进程就会挂起，即使进程中有些工作不依赖于输入的数据，也将无法执行。

如果这两个缺点理解比较困难的话，举个现实的例子也许你就清楚了：如果把我们上课的过程看成一个进程的话，那么我们要做的是耳朵听老师讲课，手上还要记笔记，脑子还要思考问题，这样才能高效的完成听课的任务。而如果只提供进程这个机制的话，上面这三件事将不能同时执行，同一时间只能做一件事，听的时候就不能记笔记，也不能用脑子思考，这是其一；如果老师在黑板上写演算过程，我们开始记笔记，而老师突然有一步推不下去了，阻塞住了，他在那边思考着，而我们呢，也不能干其他事，即使你想趁此时思考一下刚才没听懂的一个问题都不行，这是其二。

现在你应该明白了进程的缺陷了，而解决的办法很简单，我们完全可以让听、写、思三个独立的过程，并行起来，这样很明显可以提高听课的效率。而实际的操作系统中，也同样引入了这种类似的机制——线程。

线程的出现

60年代，在OS中能拥有资源和独立运行的基本单位是进程，然而随着计算机技术的发展，进程出现了很多弊端，一是由于进程是资源拥有者，创建、撤消与切换存在较大的时空开销，因此需要引入 轻型进程 ；二是由于对称多处理机（SMP）出现， 可以满足多个运行单位 ，而多个进程并行开销过大。
因此在80年代，出现了 能独立运行的基本单位 ——线程（Threads） 。
注意：进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位.
每一个进程中至少有一个线程。

进程和线程的关系

线程

线程与进程的区别 可以归纳为以下4点：
1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
2）通信： 进程间通信 IPC ，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要 进程同步 和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
4）在多线程操作系统中，进程不是一个可执行的实体。
*通过漫画了解进程和线程

线程的特点

在多线程的操作系统中，通常是在一个进程中包括多个线程，每个线程都是作为利用CPU的基本单位，是花费最小开销的实体。线程具有以下属性。
1）轻型实体
线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
线程的实体包括程序、数据和TCB。线程是动态概念，它的动态特性由线程控制块TCB（Thread Control Block）描述。
线程
线程
TCB包括以下信息：
（1）线程状态。
（2）当线程不运行时，被保存的现场资源。
（3）一组执行堆栈。
（4）存放每个线程的局部变量主存区。
（5）访问同一个进程中的主存和其它资源。
用于指示被执行指令序列的程序计数器、保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器和堆栈。
线程
2）独立调度和分派的基本单位。
在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而也是独立调度和分派的基本单位。由于线程很“轻”，故线程的切换非常迅速且开销小（在同一进程中的）。
3）共享进程资源。
线程在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的进程id，这意味着，线程可以访问该进程的每一个内存资源；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。
4 ）可并发执行。
在一个进程中的多个线程之间，可以并发执行，甚至允许在一个进程中所有线程都能并发执行；同样，不同进程中的线程也能并发执行，充分利用和发挥了处理机与外围设备并行工作的能力。

内存中的线程

线程

 

多个线程共享同一个进程的地址空间中的资源，是对一台计算机上多个进程的模拟，有时也称线程为轻量级的进程。

而对一台计算机上多个进程，则共享物理内存、磁盘、打印机等其他物理资源。多线程的运行也多进程的运行类似，是cpu在多个线程之间的快速切换。

不同的进程之间是充满敌意的，彼此是抢占、竞争cpu的关系，如果迅雷会和QQ抢资源。而同一个进程是由一个程序员的程序创建，所以同一进程内的线程是合作关系，一个线程可以访问另外一个线程的内存地址，大家都是共享的，一个线程干死了另外一个线程的内存，那纯属程序员脑子有问题。

类似于进程，每个线程也有自己的堆栈，不同于进程，线程库无法利用时钟中断强制线程让出CPU，可以调用thread_yield运行线程自动放弃cpu，让另外一个线程运行。

线程通常是有益的，但是带来了不小程序设计难度，线程的问题是：

1. 父进程有多个线程，那么开启的子线程是否需要同样多的线程

2. 在同一个进程中，如果一个线程关闭了文件，而另外一个线程正准备往该文件内写内容呢？

因此，在多线程的代码中，需要更多的心思来设计程序的逻辑、保护程序的数据。

在python中使用线程

threading模块

multiprocess模块的完全模仿了threading模块的接口，二者在使用层面，有很大的相似性，因而不再详细介绍（ 官方链接 ）

线程的创建

线程

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
time.sleep(2)
print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
t.start()
print('主线程')

创建线程的方式1

线程
from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
    time.sleep(2)
    print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
    t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
    t.start()
    print('主线程')
线程
线程

from threading import Thread
import time
class Sayhi(Thread):
def __init__(self,name):
super().__init__()
self.name=name
def run(self):
time.sleep(2)
print('%s say hello' % self.name)


if __name__ == '__main__':
t = Sayhi('egon')
t.start()
print('主线程')

创建线程的方式2

线程
from threading import Thread
import time
class Sayhi(Thread):
    def __init__(self,name):
        super().__init__()
        self.name=name
    def run(self):
        time.sleep(2)
        print('%s say hello' % self.name)


if __name__ == '__main__':
    t = Sayhi('egon')
    t.start()
    print('主线程')
线程

多线程与多进程

线程

from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os

def work():
print('hello',os.getpid())

if __name__ == '__main__':
#part1:在主进程下开启多个线程,每个线程都跟主进程的pid一样
t1=Thread(target=work)
t2=Thread(target=work)
t1.start()
t2.start()
print('主线程/主进程pid',os.getpid())

#part2:开多个进程,每个进程都有不同的pid
p1=Process(target=work)
p2=Process(target=work)
p1.start()
p2.start()
print('主线程/主进程pid',os.getpid())

pid的比较

线程
from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os

def work():
    print('hello',os.getpid())

if __name__ == '__main__':
    #part1:在主进程下开启多个线程,每个线程都跟主进程的pid一样
    t1=Thread(target=work)
    t2=Thread(target=work)
    t1.start()
    t2.start()
    print('主线程/主进程pid',os.getpid())

    #part2:开多个进程,每个进程都有不同的pid
    p1=Process(target=work)
    p2=Process(target=work)
    p1.start()
    p2.start()
    print('主线程/主进程pid',os.getpid())
线程
线程

from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os

def work():
print('hello')

if __name__ == '__main__':
#在主进程下开启线程
t=Thread(target=work)
t.start()
print('主线程/主进程')
'''
打印结果:
hello
主线程/主进程
'''

#在主进程下开启子进程
t=Process(target=work)
t.start()
print('主线程/主进程')
'''
打印结果:
主线程/主进程
hello
'''

开启效率的较量

线程
from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os

def work():
    print('hello')

if __name__ == '__main__':
    #在主进程下开启线程
    t=Thread(target=work)
    t.start()
    print('主线程/主进程')
    '''
    打印结果:
    hello
    主线程/主进程
    '''

    #在主进程下开启子进程
    t=Process(target=work)
    t.start()
    print('主线程/主进程')
    '''
    打印结果:
    主线程/主进程
    hello
    '''
线程
线程

from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os
def work():
global n
n=0

if __name__ == '__main__':
# n=100
# p=Process(target=work)
# p.start()
# p.join()
# print('主',n) #毫无疑问子进程p已经将自己的全局的n改成了0,但改的仅仅是它自己的,查看父进程的n仍然为100


n=1
t=Thread(target=work)
t.start()
t.join()
print('主',n) #查看结果为0,因为同一进程内的线程之间共享进程内的数据
同一进程内的线程共享该进程的数据？

内存数据的共享问题

线程
from  threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os
def work():
    global n
    n=0

if __name__ == '__main__':
    # n=100
    # p=Process(target=work)
    # p.start()
    # p.join()
    # print('主',n) #毫无疑问子进程p已经将自己的全局的n改成了0,但改的仅仅是它自己的,查看父进程的n仍然为100


    n=1
    t=Thread(target=work)
    t.start()
    t.join()
    print('主',n) #查看结果为0,因为同一进程内的线程之间共享进程内的数据
同一进程内的线程共享该进程的数据？
线程

练习 ：多线程实现socket

线程

#_*_coding:utf-8_*_
#!/usr/bin/env python
import multiprocessing
import threading

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1',8080))
s.listen(5)

def action(conn):
while True:
data=conn.recv(1024)
print(data)
conn.send(data.upper())

if __name__ == '__main__':

while True:
conn,addr=s.accept()


p=threading.Thread(target=action,args=(conn,))
p.start()

server

线程
#_*_coding:utf-8_*_
#!/usr/bin/env python
import multiprocessing
import threading

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1',8080))
s.listen(5)

def action(conn):
    while True:
        data=conn.recv(1024)
        print(data)
        conn.send(data.upper())

if __name__ == '__main__':

    while True:
        conn,addr=s.accept()


        p=threading.Thread(target=action,args=(conn,))
        p.start()
线程
线程

#_*_coding:utf-8_*_
#!/usr/bin/env python


import socket

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
msg=input('>>: ').strip()
if not msg:continue

s.send(msg.encode('utf-8'))
data=s.recv(1024)
print(data)

client

线程
#_*_coding:utf-8_*_
#!/usr/bin/env python


import socket

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue

    s.send(msg.encode('utf-8'))
    data=s.recv(1024)
    print(data)
线程

Thread类的其他方法

线程
Thread实例对象的方法
  # isAlive(): 返回线程是否活动的。
  # getName(): 返回线程名。
  # setName(): 设置线程名。

threading模块提供的一些方法：
  # threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
  # threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。
  # threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量，与len(threading.enumerate())有相同的结果。
线程
线程

from threading import Thread
import threading
from multiprocessing import Process
import os

def work():
import time
time.sleep(3)
print(threading.current_thread().getName())


if __name__ == '__main__':
#在主进程下开启线程
t=Thread(target=work)
t.start()

print(threading.current_thread().getName())
print(threading.current_thread()) #主线程
print(threading.enumerate()) #连同主线程在内有两个运行的线程
print(threading.active_count())
print('主线程/主进程')

'''
打印结果:
MainThread
<_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>
[<_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>, <Thread(Thread-1, started 123145307557888)>]
主线程/主进程
Thread-1
'''

代码示例

线程
from threading import Thread
import threading
from multiprocessing import Process
import os

def work():
    import time
    time.sleep(3)
    print(threading.current_thread().getName())


if __name__ == '__main__':
    #在主进程下开启线程
    t=Thread(target=work)
    t.start()

    print(threading.current_thread().getName())
    print(threading.current_thread()) #主线程
    print(threading.enumerate()) #连同主线程在内有两个运行的线程
    print(threading.active_count())
    print('主线程/主进程')

    '''
    打印结果:
    MainThread
    <_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>
    [<_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>, <Thread(Thread-1, started 123145307557888)>]
    主线程/主进程
    Thread-1
    '''
线程
线程

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
time.sleep(2)
print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
t.start()
t.join()
print('主线程')
print(t.is_alive())
'''
egon say hello
主线程
False
'''

join方法

线程
from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
    time.sleep(2)
    print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
    t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
    t.start()
    t.join()
    print('主线程')
    print(t.is_alive())
    '''
    egon say hello
    主线程
    False
    '''
线程

守护线程

无论是进程还是线程，都遵循：守护xx会等待主xx运行完毕后被销毁。 需要强调的是：运行完毕并非终止运行

#1.对主进程来说，运行完毕指的是主进程代码运行完毕
#2.对主线程来说，运行完毕指的是主线程所在的进程内所有非守护线程统统运行完毕，主线程才算运行完毕
线程
#1 主进程在其代码结束后就已经算运行完毕了（守护进程在此时就被回收）,然后主进程会一直等非守护的子进程都运行完毕后回收子进程的资源(否则会产生僵尸进程)，才会结束，
#2 主线程在其他非守护线程运行完毕后才算运行完毕（守护线程在此时就被回收）。因为主线程的结束意味着进程的结束，进程整体的资源都将被回收，而进程必须保证非守护线程都运行完毕后才能结束。
#1 主进程在其代码结束后就已经算运行完毕了（守护进程在此时就被回收）,然后主进程会一直等非守护的子进程都运行完毕后回收子进程的资源(否则会产生僵尸进程)，才会结束，
#2 主线程在其他非守护线程运行完毕后才算运行完毕（守护线程在此时就被回收）。因为主线程的结束意味着进程的结束，进程整体的资源都将被回收，而进程必须保证非守护线程都运行完毕后才能结束。
线程

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
time.sleep(2)
print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
t.setDaemon(True) #必须在t.start()之前设置
t.start()

print('主线程')
print(t.is_alive())
'''
主线程
True
'''

守护线程例1

线程
from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
    time.sleep(2)
    print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
    t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
    t.setDaemon(True) #必须在t.start()之前设置
    t.start()

    print('主线程')
    print(t.is_alive())
    '''
    主线程
    True
    '''
线程
线程

from threading import Thread
import time
def foo():
print(123)
time.sleep(1)
print("end123")

def bar():
print(456)
time.sleep(3)
print("end456")


t1=Thread(target=foo)
t2=Thread(target=bar)

t1.daemon=True
t1.start()
t2.start()
print("main-------")

守护线程例2

线程
from threading import Thread
import time
def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)
    print("end123")

def bar():
    print(456)
    time.sleep(3)
    print("end456")


t1=Thread(target=foo)
t2=Thread(target=bar)

t1.daemon=True
t1.start()
t2.start()
print("main-------")
线程

同步锁

线程

from threading import Thread
import os,time
def work():
global n
temp=n
time.sleep(0.1)
n=temp-1
if __name__ == '__main__':
n=100
l=[]
for i in range(100):
p=Thread(target=work)
l.append(p)
p.start()
for p in l:
p.join()

print(n) #结果可能为99

多个线程抢占资源的情况

线程
from threading import Thread
import os,time
def work():
    global n
    temp=n
    time.sleep(0.1)
    n=temp-1
if __name__ == '__main__':
    n=100
    l=[]
    for i in range(100):
        p=Thread(target=work)
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()

    print(n) #结果可能为99
线程
线程
import threading
R=threading.Lock()
R.acquire()
'''
对公共数据的操作
'''
R.release()
线程
线程

from threading import Thread,Lock
import os,time
def work():
global n
lock.acquire()
temp=n
time.sleep(0.1)
n=temp-1
lock.release()
if __name__ == '__main__':
lock=Lock()
n=100
l=[]
for i in range(100):
p=Thread(target=work)
l.append(p)
p.start()
for p in l:
p.join()

print(n) #结果肯定为0，由原来的并发执行变成串行，牺牲了执行效率保证了数据安全

同步锁的引用

线程
from threading import Thread,Lock
import os,time
def work():
    global n
    lock.acquire()
    temp=n
    time.sleep(0.1)
    n=temp-1
    lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock=Lock()
    n=100
    l=[]
    for i in range(100):
        p=Thread(target=work)
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()

    print(n) #结果肯定为0，由原来的并发执行变成串行，牺牲了执行效率保证了数据安全
线程
线程

#不加锁:并发执行,速度快,数据不安全
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
global n
print('%s is running' %current_thread().getName())
temp=n
time.sleep(0.5)
n=temp-1


if __name__ == '__main__':
n=100
lock=Lock()
threads=[]
start_time=time.time()
for i in range(100):
t=Thread(target=task)
threads.append(t)
t.start()
for t in threads:
t.join()

stop_time=time.time()
print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 is running
Thread-2 is running
......
Thread-100 is running
主:0.5216062068939209 n:99
'''


#不加锁:未加锁部分并发执行,加锁部分串行执行,速度慢,数据安全
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
#未加锁的代码并发运行
time.sleep(3)
print('%s start to run' %current_thread().getName())
global n
#加锁的代码串行运行
lock.acquire()
temp=n
time.sleep(0.5)
n=temp-1
lock.release()

if __name__ == '__main__':
n=100
lock=Lock()
threads=[]
start_time=time.time()
for i in range(100):
t=Thread(target=task)
threads.append(t)
t.start()
for t in threads:
t.join()
stop_time=time.time()
print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 is running
Thread-2 is running
......
Thread-100 is running
主:53.294203758239746 n:0
'''

#有的同学可能有疑问:既然加锁会让运行变成串行,那么我在start之后立即使用join,就不用加锁了啊,也是串行的效果啊
#没错:在start之后立刻使用jion,肯定会将100个任务的执行变成串行,毫无疑问,最终n的结果也肯定是0,是安全的,但问题是
#start后立即join:任务内的所有代码都是串行执行的,而加锁,只是加锁的部分即修改共享数据的部分是串行的
#单从保证数据安全方面,二者都可以实现,但很明显是加锁的效率更高.
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
time.sleep(3)
print('%s start to run' %current_thread().getName())
global n
temp=n
time.sleep(0.5)
n=temp-1


if __name__ == '__main__':
n=100
lock=Lock()
start_time=time.time()
for i in range(100):
t=Thread(target=task)
t.start()
t.join()
stop_time=time.time()
print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 start to run
Thread-2 start to run
......
Thread-100 start to run
主:350.6937336921692 n:0 #耗时是多么的恐怖
'''

）

互斥锁与join的区别

线程
#不加锁:并发执行,速度快,数据不安全
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
    global n
    print('%s is running' %current_thread().getName())
    temp=n
    time.sleep(0.5)
    n=temp-1


if __name__ == '__main__':
    n=100
    lock=Lock()
    threads=[]
    start_time=time.time()
    for i in range(100):
        t=Thread(target=task)
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()

    stop_time=time.time()
    print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 is running
Thread-2 is running
......
Thread-100 is running
主:0.5216062068939209 n:99
'''


#不加锁:未加锁部分并发执行,加锁部分串行执行,速度慢,数据安全
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
    #未加锁的代码并发运行
    time.sleep(3)
    print('%s start to run' %current_thread().getName())
    global n
    #加锁的代码串行运行
    lock.acquire()
    temp=n
    time.sleep(0.5)
    n=temp-1
    lock.release()

if __name__ == '__main__':
    n=100
    lock=Lock()
    threads=[]
    start_time=time.time()
    for i in range(100):
        t=Thread(target=task)
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()
    stop_time=time.time()
    print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 is running
Thread-2 is running
......
Thread-100 is running
主:53.294203758239746 n:0
'''

#有的同学可能有疑问:既然加锁会让运行变成串行,那么我在start之后立即使用join,就不用加锁了啊,也是串行的效果啊
#没错:在start之后立刻使用jion,肯定会将100个任务的执行变成串行,毫无疑问,最终n的结果也肯定是0,是安全的,但问题是
#start后立即join:任务内的所有代码都是串行执行的,而加锁,只是加锁的部分即修改共享数据的部分是串行的
#单从保证数据安全方面,二者都可以实现,但很明显是加锁的效率更高.
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
    time.sleep(3)
    print('%s start to run' %current_thread().getName())
    global n
    temp=n
    time.sleep(0.5)
    n=temp-1


if __name__ == '__main__':
    n=100
    lock=Lock()
    start_time=time.time()
    for i in range(100):
        t=Thread(target=task)
        t.start()
        t.join()
    stop_time=time.time()
    print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 start to run
Thread-2 start to run
......
Thread-100 start to run
主:350.6937336921692 n:0 #耗时是多么的恐怖
'''

）
线程

死锁与可重入锁

进程也有死锁与可重入锁，使用方法都是一样的，所以放到这里一起说：

所谓死锁： 是指两个或两个以上的进程或线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程，如下就是死锁。

线程

from threading import Lock as Lock
import time
mutexA=Lock()
mutexA.acquire()
mutexA.acquire()
print(123)
mutexA.release()
mutexA.release()

死锁

线程
from threading import Lock as Lock
import time
mutexA=Lock()
mutexA.acquire()
mutexA.acquire()
print(123)
mutexA.release()
mutexA.release()
线程

解决方法：使用可重入锁，在Python中为了支持在同一线程中多次请求同一资源，提供了可重入锁RLock。

这个RLock内部维护着一个Lock和一个counter变量，counter记录了acquire的次数，从而使得资源可以被多次require。直到一个线程所有的acquire都被release，其他的线程才能获得资源。上面的例子如果使用RLock代替Lock，则不会发生死锁：

线程

from threading import RLock
import time
mutexA=RLock()
mutexA.acquire()
mutexA.acquire()
print(123)
mutexA.release()
mutexA.release()

可重入锁示例

线程
from threading import RLock
import time
mutexA=RLock()
mutexA.acquire()
mutexA.acquire()
print(123)
mutexA.release()
mutexA.release()
线程

典型问题：科学家吃面

线程

import time
from threading import Thread,Lock
noodle_lock = Lock()
fork_lock = Lock()
def eat1(name):
noodle_lock.acquire()
print('%s 抢到了面条'%name)
fork_lock.acquire()
print('%s 抢到了叉子'%name)
print('%s 吃面'%name)
fork_lock.release()
noodle_lock.release()

def eat2(name):
fork_lock.acquire()
print('%s 抢到了叉子' % name)
time.sleep(1)
noodle_lock.acquire()
print('%s 抢到了面条' % name)
print('%s 吃面' % name)
noodle_lock.release()
fork_lock.release()

for name in ['哪吒','egon','yuan']:
t1 = Thread(target=eat1,args=(name,))
t2 = Thread(target=eat2,args=(name,))
t1.start()
t2.start()

死锁问题

线程
import time
from threading import Thread,Lock
noodle_lock = Lock()
fork_lock = Lock()
def eat1(name):
    noodle_lock.acquire()
    print('%s 抢到了面条'%name)
    fork_lock.acquire()
    print('%s 抢到了叉子'%name)
    print('%s 吃面'%name)
    fork_lock.release()
    noodle_lock.release()

def eat2(name):
    fork_lock.acquire()
    print('%s 抢到了叉子' % name)
    time.sleep(1)
    noodle_lock.acquire()
    print('%s 抢到了面条' % name)
    print('%s 吃面' % name)
    noodle_lock.release()
    fork_lock.release()

for name in ['哪吒','egon','yuan']:
    t1 = Thread(target=eat1,args=(name,))
    t2 = Thread(target=eat2,args=(name,))
    t1.start()
    t2.start()
线程
线程

import time
from threading import Thread,RLock
fork_lock = noodle_lock = RLock()
def eat1(name):
noodle_lock.acquire()
print('%s 抢到了面条'%name)
fork_lock.acquire()
print('%s 抢到了叉子'%name)
print('%s 吃面'%name)
fork_lock.release()
noodle_lock.release()

def eat2(name):
fork_lock.acquire()
print('%s 抢到了叉子' % name)
time.sleep(1)
noodle_lock.acquire()
print('%s 抢到了面条' % name)
print('%s 吃面' % name)
noodle_lock.release()
fork_lock.release()

for name in ['哪吒','egon','yuan']:
t1 = Thread(target=eat1,args=(name,))
t2 = Thread(target=eat2,args=(name,))
t1.start()
t2.start()

可重入锁解决死锁问题

线程
import time
from threading import Thread,RLock
fork_lock = noodle_lock = RLock()
def eat1(name):
    noodle_lock.acquire()
    print('%s 抢到了面条'%name)
    fork_lock.acquire()
    print('%s 抢到了叉子'%name)
    print('%s 吃面'%name)
    fork_lock.release()
    noodle_lock.release()

def eat2(name):
    fork_lock.acquire()
    print('%s 抢到了叉子' % name)
    time.sleep(1)
    noodle_lock.acquire()
    print('%s 抢到了面条' % name)
    print('%s 吃面' % name)
    noodle_lock.release()
    fork_lock.release()

for name in ['哪吒','egon','yuan']:
    t1 = Thread(target=eat1,args=(name,))
    t2 = Thread(target=eat2,args=(name,))
    t1.start()
    t2.start()
线程

全局解释器锁GIL

GIL介绍

首先需要明确的一点是GIL并不是Python的特性，它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。

Python也一样，同样一段代码可以通过CPython，PyPy，Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python，也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点：GIL并不是Python的特性，Python完全可以不依赖于GIL。

简单来说，在Cpython解释器中，因为有GIL锁的存在同一个进程下开启的多线程，同一时刻只能有一个线程执行，无法利用多核优势。

常见问题1

我们有了GIL锁为什么还要自己在代码中加锁呢？

GIL保护的是Python解释器级别的数据资源，自己代码中的数据资源就需要自己加锁防止竞争。如下图：

线程

常见问题2

有了GIL的存在，同一时刻同一进程中只有一个线程被执行，进程可以利用多核，但是开销大，而Python的多线程开销小，但却无法利用多核优势，也就是说Python这语言难堪大用。

其实编程所解决的现实问题大致分为IO密集型和计算密集型。

对于IO密集型的场景，Python的多线程编程完全OK，而对于计算密集型的场景，Python中有很多成熟的模块或框架如Pandas等能够提高计算效率。

 

推荐阅读：理解GIL

池 —— concurrent.futures

Python标准模块--concurrent.futures

https://docs.python.org/dev/library/concurrent.futures.html

concurrent.futures模块提供了高度封装的异步调用接口，其中：

ThreadPoolExecutor：线程池

ProcessPoolExecutor: 进程池

借助上面两个类，我们可以很方便地创建进程池对象和线程池对象。

p_pool = ProcessPoolExecutor(max_workers=5)  # 创建一个最多5个woker的进程池
t_pool = ThreadPoolExecutor(max_workers=5)  # 创建一个最多5个woker的线程池

可用方法介绍：

线程
# 基本方法
#submit(fn, *args, **kwargs)
提交任务

# map(func, *iterables, timeout=None, chunksize=1) 
取代for循环submit的操作

# shutdown(wait=True) 
相当于进程池的pool.close()+pool.join()操作
wait=True，等待池内所有任务执行完毕回收完资源后才继续
wait=False，立即返回，并不会等待池内的任务执行完毕
但不管wait参数为何值，整个程序都会等到所有任务执行完毕
submit和map必须在shutdown之前

# result(timeout=None)
取得结果

# add_done_callback(fn)
回调函数
线程
线程

#介绍
The ProcessPoolExecutor class is an Executor subclass that uses a pool of processes to execute calls asynchronously. ProcessPoolExecutor uses the multiprocessing module, which allows it to side-step the Global Interpreter Lock but also means that only picklable objects can be executed and returned.

class concurrent.futures.ProcessPoolExecutor(max_workers=None, mp_context=None)
An Executor subclass that executes calls asynchronously using a pool of at most max_workers processes. If max_workers is None or not given, it will default to the number of processors on the machine. If max_workers is lower or equal to 0, then a ValueError will be raised.


#用法
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor

import os,time,random
def task(n):
print('%s is runing' %os.getpid())
time.sleep(random.randint(1,3))
return n**2

if __name__ == '__main__':

executor=ProcessPoolExecutor(max_workers=3)

futures=[]
for i in range(11):
future=executor.submit(task,i)
futures.append(future)
executor.shutdown(True)
print('+++>')
for future in futures:
print(future.result())

ProcessPoolExecutor

线程
#介绍
The ProcessPoolExecutor class is an Executor subclass that uses a pool of processes to execute calls asynchronously. ProcessPoolExecutor uses the multiprocessing module, which allows it to side-step the Global Interpreter Lock but also means that only picklable objects can be executed and returned.

class concurrent.futures.ProcessPoolExecutor(max_workers=None, mp_context=None)
An Executor subclass that executes calls asynchronously using a pool of at most max_workers processes. If max_workers is None or not given, it will default to the number of processors on the machine. If max_workers is lower or equal to 0, then a ValueError will be raised.


#用法
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor

import os,time,random
def task(n):
    print('%s is runing' %os.getpid())
    time.sleep(random.randint(1,3))
    return n**2

if __name__ == '__main__':

    executor=ProcessPoolExecutor(max_workers=3)

    futures=[]
    for i in range(11):
        future=executor.submit(task,i)
        futures.append(future)
    executor.shutdown(True)
    print('+++>')
    for future in futures:
        print(future.result())
线程
线程

#介绍
ThreadPoolExecutor is an Executor subclass that uses a pool of threads to execute calls asynchronously.
class concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=None, thread_name_prefix='')
An Executor subclass that uses a pool of at most max_workers threads to execute calls asynchronously.

Changed in version 3.5: If max_workers is None or not given, it will default to the number of processors on the machine, multiplied by 5, assuming that ThreadPoolExecutor is often used to overlap I/O instead of CPU work and the number of workers should be higher than the number of workers for ProcessPoolExecutor.

New in version 3.6: The thread_name_prefix argument was added to allow users to control the threading.Thread names for worker threads created by the pool for easier debugging.

#用法
与ProcessPoolExecutor相同

ThreadPoolExecutor

线程
#介绍
ThreadPoolExecutor is an Executor subclass that uses a pool of threads to execute calls asynchronously.
class concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=None, thread_name_prefix='')
An Executor subclass that uses a pool of at most max_workers threads to execute calls asynchronously.

Changed in version 3.5: If max_workers is None or not given, it will default to the number of processors on the machine, multiplied by 5, assuming that ThreadPoolExecutor is often used to overlap I/O instead of CPU work and the number of workers should be higher than the number of workers for ProcessPoolExecutor.

New in version 3.6: The thread_name_prefix argument was added to allow users to control the threading.Thread names for worker threads created by the pool for easier debugging.

#用法
与ProcessPoolExecutor相同
线程

使用线程池改进网络编程的例子：

线程

import socket
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

t_pool = ThreadPoolExecutor(max_workers=3)

server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)


def comm(conn):
while 1:
try:
data = conn.recv(1024)
if not data:
break
conn.send(data.upper())
except ConnectionResetError:
break
conn.close()


def serve():
while 1:
conn, addr = server.accept()
t_pool.submit(comm, conn)
server.close()


if __name__ == '__main__':
serve()

server端

线程
import socket
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

t_pool = ThreadPoolExecutor(max_workers=3)

server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)


def comm(conn):
    while 1:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                break
            conn.send(data.upper())
        except ConnectionResetError:
            break
    conn.close()


def serve():
    while 1:
        conn, addr = server.accept()
        t_pool.submit(comm, conn)
    server.close()


if __name__ == '__main__':
    serve()
线程
线程

import socket
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 8080))

while 1:
msg = input('>>>').strip()
if not msg: continue
client.send(msg.encode('utf8'))
data = client.recv(1024)
print(data.decode('utf8'))

client.close()

client端

线程
import socket
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 8080))

while 1:
    msg = input('>>>').strip()
    if not msg: continue
    client.send(msg.encode('utf8'))
    data = client.recv(1024)
    print(data.decode('utf8'))

client.close()
线程

其他方法：

线程

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor

import os,time,random
def task(n):
print('%s is runing' %os.getpid())
time.sleep(random.randint(1,3))
return n**2

if __name__ == '__main__':

executor=ThreadPoolExecutor(max_workers=3)

# for i in range(11):
# future=executor.submit(task,i)

executor.map(task,range(1,12)) #map取代了for+submit

map的用法

线程
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor

import os,time,random
def task(n):
    print('%s is runing' %os.getpid())
    time.sleep(random.randint(1,3))
    return n**2

if __name__ == '__main__':

    executor=ThreadPoolExecutor(max_workers=3)

    # for i in range(11):
    #     future=executor.submit(task,i)

    executor.map(task,range(1,12)) #map取代了for+submit
线程
线程

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor
from multiprocessing import Pool
import requests
import json
import os

def get_page(url):
print('<进程%s> get %s' %(os.getpid(),url))
respone=requests.get(url)
if respone.status_code == 200:
return {'url':url,'text':respone.text}

def parse_page(res):
res=res.result()
print('<进程%s> parse %s' %(os.getpid(),res['url']))
parse_res='url:<%s> size:[%s]\n' %(res['url'],len(res['text']))
with open('db.txt','a') as f:
f.write(parse_res)


if __name__ == '__main__':
urls=[
'https://www.baidu.com',
'https://www.python.org',
'https://www.openstack.org',
'https://help.github.com/',
'http://www.sina.com.cn/'
]

# p=Pool(3)
# for url in urls:
# p.apply_async(get_page,args=(url,),callback=pasrse_page)
# p.close()
# p.join()

p=ProcessPoolExecutor(3)
for url in urls:
p.submit(get_page,url).add_done_callback(parse_page) #parse_page拿到的是一个future对象obj，需要用obj.result()拿到结果

回调函数

线程
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor
from multiprocessing import Pool
import requests
import json
import os

def get_page(url):
    print('<进程%s> get %s' %(os.getpid(),url))
    respone=requests.get(url)
    if respone.status_code == 200:
        return {'url':url,'text':respone.text}

def parse_page(res):
    res=res.result()
    print('<进程%s> parse %s' %(os.getpid(),res['url']))
    parse_res='url:<%s> size:[%s]\n' %(res['url'],len(res['text']))
    with open('db.txt','a') as f:
        f.write(parse_res)


if __name__ == '__main__':
    urls=[
        'https://www.baidu.com',
        'https://www.python.org',
        'https://www.openstack.org',
        'https://help.github.com/',
        'http://www.sina.com.cn/'
    ]

    # p=Pool(3)
    # for url in urls:
    #     p.apply_async(get_page,args=(url,),callback=pasrse_page)
    # p.close()
    # p.join()

    p=ProcessPoolExecutor(3)
    for url in urls:
        p.submit(get_page,url).add_done_callback(parse_page) #parse_page拿到的是一个future对象obj，需要用obj.result()拿到结果

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