Python多線程詳細(xì)體驗(yàn)

作者：測試玩家勇哥 2023-10-06 23:06:01

線程是進(jìn)程內(nèi)部的一個(gè)執(zhí)行單元，每一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)主執(zhí)行線程，它無需由用戶去主動(dòng)創(chuàng)建，是由系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的。

線程是處理器調(diào)度和分配的基本單位，進(jìn)程則作為資源擁有的基本單位。每個(gè)進(jìn)程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成。線程是進(jìn)程內(nèi)部的一個(gè)執(zhí)行單元。每一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)主執(zhí)行線程，它無需由用戶去主動(dòng)創(chuàng)建，是由系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的。用戶根據(jù)需要在應(yīng)用程序中創(chuàng)建其它線程，多個(gè)線程并發(fā)地運(yùn)行于同一個(gè)進(jìn)程中。

一、創(chuàng)建線程的方式-threading

方法1

在實(shí)例化一個(gè)線程對象時(shí)，將要執(zhí)行的任務(wù)函數(shù)以參數(shù)的形式傳入threading：

# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import threading
import datetime


def printNumber(n: int) -> None:
    while True:
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        print(f'{times}-{n}')
        time.sleep(n)


for i in range(1, 3):
    t = threading.Thread(target=printNumber, args=(i,))
    t.start()

# 輸出
2022-12-16 11:04:40-1
2022-12-16 11:04:40-2
2022-12-16 11:04:41-1
2022-12-16 11:04:42-2
2022-12-16 11:04:42-1
2022-12-16 11:04:43-1
2022-12-16 11:04:44-2
2022-12-16 11:04:44-1
2022-12-16 11:04:45-1
2022-12-16 11:04:46-2
2022-12-16 11:04:46-1
2022-12-16 11:04:47-1
....
Process finished with exit code -1

創(chuàng)建兩個(gè)線程，一個(gè)線程每隔一秒打印一個(gè)“1”，另一個(gè)線程每隔2秒打印一個(gè)“2”Thread 類提供了如下的 init() 構(gòu)造器，可以用來創(chuàng)建線程：

__init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs=None, *,daemon=None)

此構(gòu)造方法中，以上所有參數(shù)都是可選參數(shù)，即可以使用，也可以忽略。其中各個(gè)參數(shù)的含義如下：

group：指定所創(chuàng)建的線程隸屬于哪個(gè)線程組（此參數(shù)尚未實(shí)現(xiàn)，無需調(diào)用）；
target：指定所創(chuàng)建的線程要調(diào)度的目標(biāo)方法（最常用）；
args：以元組的方式，為 target 指定的方法傳遞參數(shù)；
kwargs：以字典的方式，為 target 指定的方法傳遞參數(shù)；
daemon：指定所創(chuàng)建的線程是否為后代線程。

這些參數(shù)，初學(xué)者只需記住 target、args、kwargs 這 3 個(gè)參數(shù)的功能即可。但是線程需要手動(dòng)啟動(dòng)才能運(yùn)行，threading 模塊提供了 start() 方法用來啟動(dòng)線程。因此在上面程序的基礎(chǔ)上，添加如下語句：t.start()

方法2

通過繼承 Thread 類，我們可以自定義一個(gè)線程類，從而實(shí)例化該類對象，獲得子線程。

需要注意的是，在創(chuàng)建 Thread 類的子類時(shí)，必須重寫從父類繼承得到的 run() 方法。因?yàn)樵摲椒礊橐獎(jiǎng)?chuàng)建的子線程執(zhí)行的方法，其功能如同第一種創(chuàng)建方法中的 printNumber() 自定義函數(shù)。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    t.start()

# 輸出
2022-12-16 12:43:24-1
2022-12-16 12:43:24-2
2022-12-16 12:43:25-1
2022-12-16 12:43:26-2
2022-12-16 12:43:26-1
2022-12-16 12:43:27-1
2022-12-16 12:43:28-2
...

二、主線程和子線程

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)，否則無法創(chuàng)建線程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            _count = threading.active_count()
            threading_name = threading.current_thread().getName()
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：{_count}"-"當(dāng)前線程的名稱是"：{threading_name}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    t.start()
    print(threading.current_thread().getName())

# 輸出
2022-12-16 13:18:00-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
MainThread
2022-12-16 13:18:00-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
MainThread

2022-12-16 13:18:01-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 13:18:02-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
2022-12-16 13:18:02-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 13:18:03-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 13:18:04-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
2022-12-16 13:18:04-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
...

注意：第一次t.start()后，當(dāng)前存在兩個(gè)線程（主線程+子線程），第二次t.start()的時(shí)候又創(chuàng)建了一個(gè)子線程所以當(dāng)前存在三個(gè)線程。

如果程序中不顯式創(chuàng)建任何線程，則所有程序的執(zhí)行，都將由主線程 MainThread 完成，程序就只能按照順序依次執(zhí)行。

此程序中，子線程 Thread-1和Thread-2 執(zhí)行的是 run() 方法中的代碼，而 MainThread 執(zhí)行的是主程序中的代碼，它們以快速輪換 CPU 的方式在執(zhí)行。

三、守護(hù)線程（Daemon Thread）

守護(hù)線程（Daemon Thread）也叫后臺進(jìn)程，它的目的是為其他線程提供服務(wù)。如果其他線程被殺死了，那么守護(hù)線程也就沒有了存在的必要。因此守護(hù)線程會(huì)隨著非守護(hù)線程的消亡而消亡。Thread類中，子線程被創(chuàng)建時(shí)默認(rèn)是非守護(hù)線程，我們可以通過setDaemon(True)將一個(gè)子線程設(shè)置為守護(hù)線程。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)，否則無法創(chuàng)建線程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            _count = threading.active_count()
            threading_name = threading.current_thread().getName()
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：{_count}"-"當(dāng)前線程的名稱是"：{threading_name}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    t.setDaemon(True)
    t.start()

    print(threading.current_thread().getName())
    
    
# 輸出
2022-12-16 13:27:46-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
MainThread
2022-12-16 13:27:46-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
MainThread

將兩個(gè)子線程改寫為守護(hù)線程，因?yàn)楫?dāng)主程序中的代碼執(zhí)行完后，主線程就可以結(jié)束了，這時(shí)候被設(shè)定為守護(hù)線程的兩個(gè)子線程會(huì)被殺死，然后主線程結(jié)束。

注意，當(dāng)前臺線程死亡后，Python 解釋器會(huì)通知后臺線程死亡，但是從它接收指令到做出響應(yīng)需要一定的時(shí)間。如果要將某個(gè)線程設(shè)置為后臺線程，則必須在該線程啟動(dòng)之前進(jìn)行設(shè)置。也就是說，將 daemon 屬性設(shè)為 True，必須在 start() 方法調(diào)用之前進(jìn)行，否則會(huì)引發(fā) RuntimeError 異常。

若將兩個(gè)子線程的其中一個(gè)設(shè)置為守護(hù)線程，另一個(gè)設(shè)置為非守護(hù)線程：

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)，否則無法創(chuàng)建線程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            _count = threading.active_count()
            threading_name = threading.current_thread().getName()
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：{_count}"-"當(dāng)前線程的名稱是"：{threading_name}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    if i == 1:
        t.setDaemon(True)
    t.start()

    print(threading.current_thread().getName())
 
# 輸出
2022-12-16 13:30:17-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
MainThread

2022-12-16 13:30:17-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
MainThread

2022-12-16 13:30:18-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 13:30:19-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 13:30:19-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
2022-12-16 13:30:20-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
...

此時(shí)非守護(hù)線程作為前臺程序還在繼續(xù)執(zhí)行，守護(hù)線程就還有“守護(hù)”的意義，就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

四、join()方法

不使用join方法

當(dāng)設(shè)置多個(gè)線程時(shí)，在一般情況下（無守護(hù)線程，setDeamon=False），多個(gè)線程同時(shí)啟動(dòng)，主線程執(zhí)行完，會(huì)等待其他子線程執(zhí)行完，程序才會(huì)退出。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)，否則無法創(chuàng)建線程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        _count = threading.active_count()
        threading_name = threading.current_thread().getName()
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        time.sleep(1)
        print(f'{times}-{self.n}-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：{_count}"-"當(dāng)前線程的名稱是"：{threading_name}')


start_time = time.time()
print(f'{start_time},這是主線程：', threading.current_thread().name)
for i in range(5):
    t = MyThread(i)
    # t.setDaemon(True)
    t.start()
    # t.join()
end_time = time.time()
print(f'{end_time},主線程結(jié)束了！', threading.current_thread().name)
print('一共用時(shí)：', end_time - start_time)

# 輸出
1671174404.6552384,這是主線程：MainThread
1671174404.656239,主線程結(jié)束了！MainThread
一共用時(shí)：0.0010006427764892578
2022-12-16 15:06:44-0-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 15:06:44-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
2022-12-16 15:06:44-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：4"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-3
2022-12-16 15:06:44-3-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：5"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-4
2022-12-16 15:06:44-4-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：6"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-5

我們的計(jì)時(shí)是對主線程計(jì)時(shí)，主線程結(jié)束，計(jì)時(shí)隨之結(jié)束，打印出主線程的用時(shí)。主線程的任務(wù)完成之后，主線程隨之結(jié)束，子線程繼續(xù)執(zhí)行自己的任務(wù)，直到全部的子線程的任務(wù)全部結(jié)束，程序結(jié)束。

使用join()方法

主線程任務(wù)結(jié)束之后，進(jìn)入阻塞狀態(tài)，一直等待調(diào)用join方法的子線程執(zhí)行結(jié)束之后，主線程才會(huì)終止。下面的例子是讓t調(diào)用join()方法。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)，否則無法創(chuàng)建線程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        _count = threading.active_count()
        threading_name = threading.current_thread().getName()
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        time.sleep(1)
        print(f'{times}-{self.n}-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：{_count}"-"當(dāng)前線程的名稱是"：{threading_name}')


start_time = time.time()
print(f'{start_time},這是主線程：', threading.current_thread().name)
for i in range(5):
    t = MyThread(i)
    # t.setDaemon(True)
    t.start()
    t.join()
end_time = time.time()
print(f'{end_time},主線程結(jié)束了！', threading.current_thread().name)
print('一共用時(shí)：', end_time - start_time)


# 輸出
1671174502.0245655,這是主線程：MainThread
2022-12-16 15:08:22-0-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 15:08:23-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
2022-12-16 15:08:24-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-3
2022-12-16 15:08:25-3-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-4
2022-12-16 15:08:26-4-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-5
1671174507.0313594,主線程結(jié)束了！MainThread
一共用時(shí)：5.006793975830078

Process finished with exit code 0

join()方法的timeout參數(shù)

join的語法結(jié)構(gòu)為join(timeout=None)，可以看到j(luò)oin()方法有一個(gè)timeout參數(shù)，其默認(rèn)值為None，而參數(shù)timeout可以進(jìn)行賦值，其含義是指定等待被join的線程的時(shí)間最長為timeout秒，也就是說當(dāng)在timeout秒內(nèi)被join的線程還沒有執(zhí)行結(jié)束的話，就不再進(jìn)行等待了。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要調(diào)用父類的初始化函數(shù)，否則無法創(chuàng)建線程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        _count = threading.active_count()
        threading_name = threading.current_thread().getName()
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        time.sleep(5)
        print(f'{times}-{self.n}-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：{_count}"-"當(dāng)前線程的名稱是"：{threading_name}')


start_time = time.time()
print(f'{start_time},這是主線程：', threading.current_thread().name)
for i in range(5):
    t = MyThread(i)
    # t.setDaemon(True)
    t.start()
    t.join(2)
end_time = time.time()
print(f'{end_time},主線程結(jié)束了！', threading.current_thread().name)
print('一共用時(shí)：', end_time - start_time)

# 輸出
1671175114.663927,這是主線程：MainThread
2022-12-16 15:18:34-0-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：2"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-1
2022-12-16 15:18:36-1-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：3"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-2
2022-12-16 15:18:38-2-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：4"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-3
1671175124.6681008,主線程結(jié)束了！MainThread
一共用時(shí)：10.004173755645752
2022-12-16 15:18:40-3-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：4"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-4
2022-12-16 15:18:42-4-"當(dāng)前活躍的線程個(gè)數(shù)：4"-"當(dāng)前線程的名稱是"：Thread-5

Process finished with exit code 0

責(zé)任編輯：趙寧寧來源：測試玩家勇哥