线程的实现

线程的实现

在本章中，我们将学习如何在Python中实现线程。

用于线程实现的Python模块

Python线程有时称为轻量级进程，因为线程比进程占用的内存少得多。 线程允许一次执行多个任务。 在Python中，以下两个模块在一个程序中实现线程 -

  • _thread 模块
  • threading 模块

这两个模块之间的主要区别在于_thread模块将线程视为一个函数，而threading模块将每个线程视为一个对象并以面向对象的方式实现它。 此外，_thread模块在低级线程中有效并且比threading模块具有更少的功能。

_thread 模块

在Python的早期版本中，拥有thread模块，但在相当长的一段时间里它已被视为“已弃用”。 鼓励用户改用threading模块。 因此，在Python 3中，thread模块不再可用。 它已被重命名为_thread，用于Python3中的向后不兼容。

为了在_thread模块的帮助下生成新的线程，我们需要调用它的start_new_thread方法。 这种方法的工作可以通过以下语法来理解 -

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

这里，

  • args是一个参数的元组
  • kwargs是关键字参数的可选字典

如果想在不传递参数的情况下调用函数，那么需要在args中使用一个空的参数元组。

此方法调用立即返回，子线程启动，并调用与传递的列表(如果有的话)args的函数。 线程在函数返回时终止。

示例
以下是使用_thread模块生成新线程的示例。在这里使用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

在_thread模块的帮助下理解新线程的生成。

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模块

threading模块以面向对象的方式实现，并将每个线程视为一个对象。 因此，它为线程提供了比_thread模块更强大，更高层次的支持。该模块包含在Python 2.4中。

threading 模块中的其他方法

threading模块包含_thread模块的所有方法，但它也提供了其他方法。 其他方法如下 -

  • threading.activeCount() - 此方法返回处于活动状态的线程对象的数量
  • threading.currentThread() - 此方法返回调用者线程控制中的线程对象数。
  • threading.enumerate() - 此方法返回当前活动的所有线程对象的列表。

为了实现线程，threading模块具有提供以下方法的Thread类 -

  • run() - run()方法是线程的入口点。
  • start() - start()方法通过调用run方法来启动线程。
  • join([time]) - join()等待线程终止。
  • isAlive() - isAlive()方法检查线程是否仍在执行。
  • getName() - getName()方法返回线程的名称。
  • setName() - setName()方法设置线程的名称。

如何使用 threading 模块创建线程？

在本节中，我们将学习如何使用threading模块创建线程。 按照以下步骤使用threading模块创建一个新线程 -

第1步 - 在这一步中，需要定义Thread类的新子类。
第2步 - 然后为了添加额外的参数，需要重写__init __(self [，args])方法。
第3步 - 在这一步中，需要重写run(self [，args])方法来实现线程在启动时应该执行的操作。

现在，在创建新的Thread子类后，可以创建它的一个实例，然后通过调用start()来启动一个新线程，start()又调用run()方法。

示例

下面这个例子演示如何使用threading模块生成一个新的线程。

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

执行上面示例代码，得到以下结果 - 

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

带有线程状态的Python程序

有五种线程状态 - 新的，可运行，运行，等待和死亡。 在这五个中，我们将主要关注三个状态 - 运行，等待和死亡。 一个线程获取处于运行状态的资源，等待处于等待状态的资源; 如果执行和获取的资源的最终版本处于死亡状态。

下面的Python程序在start()，sleep()和join()方法的帮助下将分别显示线程是如何进入运行，等待和死亡状态的。

第1步 - 导入必要的模块，threading和time

import threading
import time

第2步 - 定义一个函数，它将在创建线程时调用。

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

第3步 - 使用time模块的sleep()方法让线程等待2秒钟。

time.sleep(2)

第4步 - 现在，创建一个名为T1的线程，它接受上面定义的函数的参数。

T1 = threading.Thread(target=thread_states)

第5步 - 现在，使用start()函数，可以开始启动线程。 它会产生这个信息，这个信息是在定义函数时设定的。

T1.start()
# Thread entered in running state

第6步 - 现在，最后可以在完成执行后使用join()方法终止线程。

T1.join()

在Python中启动一个线程

在python中，可以通过不同的方式启动一个新的线程，但其中最简单的一个就是将其定义为一个单一的函数。 在定义函数之后，可以将它作为新线程的目标。线程对象等等。 执行下面的Python代码来理解函数的工作原理 -

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())

执行上面代码，得到以下结果 - 

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中启动一个线程

在python中，可以通过不同的方式启动一个新的线程，但最简单的就是将其定义为一个单一的函数。 在定义函数之后，可以将它作为新线程的目标。线程对象等等。 执行下面的Python代码来理解函数的工作原理 -

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()

在上面的代码中，有两个函数，分别是- nondaemonThread()和daemonThread()。 第一个函数打印其状态并在8秒后休眠，而deamonThread()函数每2秒无限期地打印出Hello。 我们可以通过以下输出来了解nondaemon和daemon线程之间的区别 -

Hello

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

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