線程的實現

在本章中,我們將學習如何在Python中實現線程。

用於線程實現的Python模塊

Python線程有時稱爲輕量級進程,因爲線程比進程佔用的內存少得多。 線程允許一次執行多個任務。 在Python中,以下兩個模塊在一個程序中實現線程 -

  • _thread 模塊
  • threading 模塊

這兩個模塊之間的主要區別在於_thread模塊將線程視爲一個函數,而threading模塊將每個線程視爲一個對象並以面向對象的方式實現它。 此外,_thread模塊在低級線程中有效並且比threading模塊具有更少的功能。

_thread 模塊

在Python的早期版本中,擁有thread模塊,但在相當長的一段時間裏它已被視爲「已棄用」。 鼓勵用戶改用threading模塊。 因此,在Python 3中,thread模塊不再可用。 它已被重命名爲_thread,用於Python3中的向後不兼容。

爲了在_thread模塊的幫助下生成新的線程,我們需要調用它的start_new_thread方法。 這種方法的工作可以通過以下語法來理解 -

_thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )

這裏,

  • args是一個參數的元組
  • kwargs是關鍵字參數的可選字典

如果想在不傳遞參數的情況下調用函數,那麼需要在args中使用一個空的參數元組。

此方法調用立即返回,子線程啓動,並調用與傳遞的列表(如果有的話)args的函數。 線程在函數返回時終止。

示例
以下是使用_thread模塊生成新線程的示例。在這裏使用start_new_thread()方法。

import _thread
import time

def print_time( threadName, delay):
   count = 0
   while count < 5:
      time.sleep(delay)
      count += 1
      print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))

try:
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
   print ("Error: unable to start thread")
while 1:
   pass

_thread模塊的幫助下理解新線程的生成。

Thread-1: Mon Apr 23 10:03:33 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:35 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:35 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:37 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:39 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:39 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:41 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:43 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:47 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:51 2018

threading模塊

threading模塊以面向對象的方式實現,並將每個線程視爲一個對象。 因此,它爲線程提供了比_thread模塊更強大,更高層次的支持。該模塊包含在Python 2.4中。

threading 模塊中的其他方法

threading模塊包含_thread模塊的所有方法,但它也提供了其他方法。 其他方法如下 -

  • threading.activeCount() - 此方法返回處於活動狀態的線程對象的數量
  • threading.currentThread() - 此方法返回調用者線程控制中的線程對象數。
  • threading.enumerate() - 此方法返回當前活動的所有線程對象的列表。

爲了實現線程,threading模塊具有提供以下方法的Thread類 -

  • run() - run()方法是線程的入口點。
  • start() - start()方法通過調用run方法來啓動線程。
  • join([time]) - join()等待線程終止。
  • isAlive() - isAlive()方法檢查線程是否仍在執行。
  • getName() - getName()方法返回線程的名稱。
  • setName() - setName()方法設置線程的名稱。

如何使用 threading 模塊創建線程?

在本節中,我們將學習如何使用threading模塊創建線程。 按照以下步驟使用threading模塊創建一個新線程 -

第1步 - 在這一步中,需要定義Thread類的新子類。
第2步 - 然後爲了添加額外的參數,需要重寫__init __(self [,args])方法。
第3步 - 在這一步中,需要重寫run(self [,args])方法來實現線程在啓動時應該執行的操作。

現在,在創建新的Thread子類後,可以創建它的一個實例,然後通過調用start()來啓動一個新線程,start()又調用run()方法。

示例

下面這個例子演示如何使用threading模塊生成一個新的線程。

import threading
import time
exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
   def __init__(self, threadID, name, counter):
      threading.Thread.__init__(self)
      self.threadID = threadID
      self.name = name
      self.counter = counter
   def run(self):
      print ("Starting " + self.name)
      print_time(self.name, self.counter, 5)
      print ("Exiting " + self.name)
def print_time(threadName, delay, counter):
   while counter:
      if exitFlag:
         threadName.exit()
      time.sleep(delay)
      print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
      counter -= 1

thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print ("Exiting Main Thread")
Starting Thread-1
Starting Thread-2

執行上面示例代碼,得到以下結果 -

Thread-1: Mon Apr 23 10:52:09 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:10 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:10 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:11 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:12 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:12 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:13 2018
Exiting Thread-1
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:14 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:16 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:18 2018
Exiting Thread-2
Exiting Main Thread

帶有線程狀態的Python程序

有五種線程狀態 - 新的,可運行,運行,等待和死亡。 在這五個中,我們將主要關注三個狀態 - 運行,等待和死亡。 一個線程獲取處於運行狀態的資源,等待處於等待狀態的資源; 如果執行和獲取的資源的最終版本處於死亡狀態。

下面的Python程序在start()sleep()join()方法的幫助下將分別顯示線程是如何進入運行,等待和死亡狀態的。

第1步 - 導入必要的模塊,threadingtime

import threading
import time

第2步 - 定義一個函數,它將在創建線程時調用。

def thread_states():
   print("Thread entered in running state")

第3步 - 使用time模塊的sleep()方法讓線程等待2秒鐘。

time.sleep(2)

第4步 - 現在,創建一個名爲T1的線程,它接受上面定義的函數的參數。

T1 = threading.Thread(target=thread_states)

第5步 - 現在,使用start()函數,可以開始啓動線程。 它會產生這個信息,這個信息是在定義函數時設定的。

T1.start()
# Thread entered in running state

第6步 - 現在,最後可以在完成執行後使用join()方法終止線程。

T1.join()

在Python中啓動一個線程

在python中,可以通過不同的方式啓動一個新的線程,但其中最簡單的一個就是將其定義爲一個單一的函數。 在定義函數之後,可以將它作爲新線程的目標。線程對象等等。 執行下面的Python代碼來理解函數的工作原理 -

import threading
import time
import random
def Thread_execution(i):
   print("Execution of Thread {} started\n".format(i))
   sleepTime = random.randint(1,4)
   time.sleep(sleepTime)
   print("Execution of Thread {} finished".format(i))
for i in range(4):
   thread = threading.Thread(target=Thread_execution, args=(i,))
   thread.start()
   print("Active Threads:" , threading.enumerate())

執行上面代碼,得到以下結果 -

Execution of Thread 0 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>]

Execution of Thread 1 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>,
      <Thread(Thread-3577, started 3080)>]

Execution of Thread 2 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>,
      <Thread(Thread-3577, started 3080)>,
      <Thread(Thread-3578, started 2268)>]

Execution of Thread 3 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>,
      <Thread(Thread-3577, started 3080)>,
      <Thread(Thread-3578, started 2268)>,
      <Thread(Thread-3579, started 4520)>]
Execution of Thread 0 finished
Execution of Thread 1 finished
Execution of Thread 2 finished
Execution of Thread 3 finished

在Python中啓動一個線程

在python中,可以通過不同的方式啓動一個新的線程,但最簡單的就是將其定義爲一個單一的函數。 在定義函數之後,可以將它作爲新線程的目標。線程對象等等。 執行下面的Python代碼來理解函數的工作原理 -

import threading
import time

def nondaemonThread():
   print("starting my thread")
   time.sleep(8)
   print("ending my thread")
def daemonThread():
   while True:
   print("Hello")
   time.sleep(2)
if __name__ == '__main__':
   nondaemonThread = threading.Thread(target = nondaemonThread)
   daemonThread = threading.Thread(target = daemonThread)
   daemonThread.setDaemon(True)
   daemonThread.start()
   nondaemonThread.start()

在上面的代碼中,有兩個函數,分別是- nondaemonThread()daemonThread()。 第一個函數打印其狀態並在8秒後休眠,而deamonThread()函數每2秒無限期地打印出Hello。 我們可以通過以下輸出來瞭解nondaemondaemon線程之間的區別 -

Hello

starting my thread
Hello
Hello
Hello
Hello
ending my thread
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
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