Python3多线程基础知识点
多线程类似于同时执行多个不同程序，多线程运行有如下优点：
- 使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理。
- 用户界面可以更加吸引人，比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理，可以弹出一个进度条来显示处理的进度
- 程序的运行速度可能加快
- 在一些等待的任务实现上如用户输入、文件读写和网络收发数据等，线程就比较有用了。在这种情况下我们可以释放一些珍贵的资源如内存占用等等。
线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
每个线程都有他自己的一组CPU寄存器，称为线程的上下文，该上下文反映了线程上次运行该线程的CPU寄存器的状态。
指令指针和堆栈指针寄存器是线程上下文中两个最重要的寄存器，线程总是在进程得到上下文中运行的，这些地址都用于标志拥有线程的进程地址空间中的内存。
- 线程可以被抢占（中断）。
- 在其他线程正在运行时，线程可以暂时搁置（也称为睡眠）--这就是线程的退让。
线程可以分为:
- 内核线程：由操作系统内核创建和撤销。
- 用户线程：不需要内核支持而在用户程序中实现的线程。
Python3线程中常用的两个模块为：
- _thread
- threading(推荐使用)
thread模块已被废弃。用户可以使用threading模块代替。所以，在Python3中不能再使用"thread"模块。为了兼容性，Python3将thread重命名为"_thread"。
开始学习Python线程
Python中使用线程有两种方式：函数或者用类来包装线程对象。
函数式：调用_thread模块中的start_new_thread()函数来产生新线程。语法如下:
_thread.start_new_thread(function,args[,kwargs])
参数说明:
- function-线程函数。
- args-传递给线程函数的参数,他必须是个tuple类型。
- kwargs-可选参数。
实例：
#!/usr/bin/python3
import_thread
importtime
#为线程定义一个函数
defprint_time(threadName,delay):
count=0
whilecount<5:
time.sleep(delay)
count+=1
print("%s:%s"%(threadName,time.ctime(time.time())))
#创建两个线程
try:
_thread.start_new_thread(print_time,("Thread-1",2,))
_thread.start_new_thread(print_time,("Thread-2",4,))
except:
print("Error:无法启动线程")
while1:
pass
执行以上程序输出结果如下：
Thread-1:WedApr611:36:312016 Thread-1:WedApr611:36:332016 Thread-2:WedApr611:36:332016 Thread-1:WedApr611:36:352016 Thread-1:WedApr611:36:372016 Thread-2:WedApr611:36:372016 Thread-1:WedApr611:36:392016 Thread-2:WedApr611:36:412016 Thread-2:WedApr611:36:452016 Thread-2:WedApr611:36:492016
执行以上程后可以按下ctrl-cto退出。
线程模块
Python3通过两个标准库_thread和threading提供对线程的支持。
_thread提供了低级别的、原始的线程以及一个简单的锁，它相比于threading模块的功能还是比较有限的。
threading模块除了包含_thread模块中的所有方法外，还提供的其他方法：
- 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。
除了使用方法外，线程模块同样提供了Thread类来处理线程，Thread类提供了以下方法:
- run():用以表示线程活动的方法。
- start():启动线程活动。
- join([time]):等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join()方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。
- isAlive():返回线程是否活动的。
- getName():返回线程名。
- setName():设置线程名。
使用threading模块创建线程
我们可以通过直接从threading.Thread继承创建一个新的子类，并实例化后调用start()方法启动新线程，即它调用了线程的run()方法：
#!/usr/bin/python3
importthreading
importtime
exitFlag=0
classmyThread(threading.Thread):
def__init__(self,threadID,name,counter):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID=threadID
self.name=name
self.counter=counter
defrun(self):
print("开始线程："+self.name)
print_time(self.name,self.counter,5)
print("退出线程："+self.name)
defprint_time(threadName,delay,counter):
whilecounter:
ifexitFlag:
threadName.exit()
time.sleep(delay)
print("%s:%s"%(threadName,time.ctime(time.time())))
counter-=1
#创建新线程
thread1=myThread(1,"Thread-1",1)
thread2=myThread(2,"Thread-2",2)
#开启新线程
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print("退出主线程")
以上程序执行结果如下；
开始线程：Thread-1 开始线程：Thread-2 Thread-1:WedApr611:46:462016 Thread-1:WedApr611:46:472016 Thread-2:WedApr611:46:472016 Thread-1:WedApr611:46:482016 Thread-1:WedApr611:46:492016 Thread-2:WedApr611:46:492016 Thread-1:WedApr611:46:502016 退出线程：Thread-1 Thread-2:WedApr611:46:512016 Thread-2:WedApr611:46:532016 Thread-2:WedApr611:46:552016 退出线程：Thread-2 退出主线程
线程同步
如果多个线程共同对某个数据修改，则可能出现不可预料的结果，为了保证数据的正确性，需要对多个线程进行同步。
使用Thread对象的Lock和Rlock可以实现简单的线程同步，这两个对象都有acquire方法和release方法，对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到acquire和release方法之间。如下：
多线程的优势在于可以同时运行多个任务（至少感觉起来是这样）。但是当线程需要共享数据时，可能存在数据不同步的问题。
考虑这样一种情况：一个列表里所有元素都是0，线程"set"从后向前把所有元素改成1，而线程"print"负责从前往后读取列表并打印。
那么，可能线程"set"开始改的时候，线程"print"便来打印列表了，输出就成了一半0一半1，这就是数据的不同步。为了避免这种情况，引入了锁的概念。
锁有两种状态——锁定和未锁定。每当一个线程比如"set"要访问共享数据时，必须先获得锁定；如果已经有别的线程比如"print"获得锁定了，那么就让线程"set"暂停，也就是同步阻塞；等到线程"print"访问完毕，释放锁以后，再让线程"set"继续。
经过这样的处理，打印列表时要么全部输出0，要么全部输出1，不会再出现一半0一半1的尴尬场面。
实例：
#!/usr/bin/python3
importthreading
importtime
classmyThread(threading.Thread):
def__init__(self,threadID,name,counter):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID=threadID
self.name=name
self.counter=counter
defrun(self):
print("开启线程："+self.name)
#获取锁，用于线程同步
threadLock.acquire()
print_time(self.name,self.counter,3)
#释放锁，开启下一个线程
threadLock.release()
defprint_time(threadName,delay,counter):
whilecounter:
time.sleep(delay)
print("%s:%s"%(threadName,time.ctime(time.time())))
counter-=1
threadLock=threading.Lock()
threads=[]
#创建新线程
thread1=myThread(1,"Thread-1",1)
thread2=myThread(2,"Thread-2",2)
#开启新线程
thread1.start()
thread2.start()
#添加线程到线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)
#等待所有线程完成
fortinthreads:
t.join()
print("退出主线程")
执行以上程序，输出结果为：
开启线程：Thread-1 开启线程：Thread-2 Thread-1:WedApr611:52:572016 Thread-1:WedApr611:52:582016 Thread-1:WedApr611:52:592016 Thread-2:WedApr611:53:012016 Thread-2:WedApr611:53:032016 Thread-2:WedApr611:53:052016 退出主线程
线程优先级队列（Queue）
Python的Queue模块中提供了同步的、线程安全的队列类，包括FIFO（先入先出)队列Queue，LIFO（后入先出）队列LifoQueue，和优先级队列PriorityQueue。
这些队列都实现了锁原语，能够在多线程中直接使用，可以使用队列来实现线程间的同步。
Queue模块中的常用方法:
Queue.qsize()返回队列的大小
Queue.empty()如果队列为空，返回True,反之False
Queue.full()如果队列满了，返回True,反之False
Queue.full与maxsize大小对应
Queue.get([block[,timeout]])获取队列，timeout等待时间
Queue.get_nowait()相当Queue.get(False)
Queue.put(item)写入队列，timeout等待时间
Queue.put_nowait(item)相当Queue.put(item,False)
Queue.task_done()在完成一项工作之后，Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号
Queue.join()实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作
实例:
#!/usr/bin/python3
importqueue
importthreading
importtime
exitFlag=0
classmyThread(threading.Thread):
def__init__(self,threadID,name,q):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID=threadID
self.name=name
self.q=q
defrun(self):
print("开启线程："+self.name)
process_data(self.name,self.q)
print("退出线程："+self.name)
defprocess_data(threadName,q):
whilenotexitFlag:
queueLock.acquire()
ifnotworkQueue.empty():
data=q.get()
queueLock.release()
print("%sprocessing%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
#创建新线程
fortNameinthreadList:
thread=myThread(threadID,tName,workQueue)
thread.start()
threads.append(thread)
threadID+=1
#填充队列
queueLock.acquire()
forwordinnameList:
workQueue.put(word)
queueLock.release()
#等待队列清空
whilenotworkQueue.empty():
pass
#通知线程是时候退出
exitFlag=1
#等待所有线程完成
fortinthreads:
t.join()
print("退出主线程")
以上程序执行结果：
开启线程：Thread-1 开启线程：Thread-2 开启线程：Thread-3 Thread-3processingOne Thread-1processingTwo Thread-2processingThree Thread-3processingFour Thread-1processingFive 退出线程：Thread-3 退出线程：Thread-2 退出线程：Thread-1 退出主线程