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洗礼灵魂，修炼python（88）-- 知识拾遗篇 —— …

2018-06-18 01:23:35来源：未知阅读 ()

线程（下）

7.同步锁

这个例子很经典，实话说，这个例子我是直接照搬前辈的，并不是原创，不过真的也很有意思，请看：

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

# author:yangva

import threading,time

number = 100
def subnum():
    global number
    number -= 1

threads = []
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=subnum,args=[])
    t.start()
    threads.append(t)

for i in threads:
    i.join()

print(number)

这段代码的意思是，用一百个线程去减1，以此让变量number为100的变为0

结果:

那么我稍微的改下代码看看：

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

# author:yangva

import threading,time

number = 100
def subnum():
    global number
    temp = number
    time.sleep(0.2)
    number = temp -1

threads = []
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=subnum,args=[])
    t.start()
    threads.append(t)

for i in threads:
    i.join()

print(number)

并没有很大的改变对吧，只是加了一个临时变量，并且中途停顿了０.２ｓ而已。

而这个结果就不一样了：

这里我先说下，time.sleep(0.2)是我故意加的，就是要体现这个效果，如果你的电脑不加sleep就已经出现这个情况了那么你就不用加了，这咋回事呢？这就是线程共用数据的潜在危险性，因为线程都是抢着CPU资源在运行，只要发现有空隙就各自抢着跑，所以在这停顿的０.２ｓ时间中，就会有新的线程抢到机会开始运行，那么一百个线程就有一百个线程在抢机会运行，抢到的时间都是在temp还没有减1的值，也就是100，所以大部分的线程都抢到了100，然后减1，少部分线程没抢到，抢到已经减了一次的99，这就是为什么会是99的原因。而这个抢占的时间和结果并不是根本的原因，究其根本还是因为电脑的配置问题了，配置越好的话，这种越不容易发生，因为一个线程抢到CPU资源后一直在运行，其他的线程在短暂的时间里得不到机会。

而为什么number -= 1，不借助其他变量的写法就没事呢？因为numebr -= 1其实是两个步骤，减1并重新赋值给number，这个动作太快，所以根本没给其他的线程机会。

图解：

那么这个问题我们怎么解决呢，在以后的开发中绝对会遇到这种情况对吧，这个可以解决呢？根据上面的讲解，有人会想到用join，而前面已经提过了join会使多线程变成串行，失去了多线程的用意。这个到底怎么解决呢，用同步锁

同步锁：当运行开始加锁，防止其他线程索取，当运行结束释放锁，让其他线程继续

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

# author:yangva
import threading,time

r = threading.Lock() #创建同步锁对象

number = 100
def subnum():
    global number
    r.acquire() #加锁
    temp = number
    time.sleep(0.2)
    number = temp - 1
    r.release() #释放


threads = []
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=subnum,args=[])
    t.start()
    threads.append(t)

for i in threads:
    i.join()

print(number)

运行结果：

但是你发现没，这个运行太慢了，每个线程都运行了一次sleep，竟然又变成和串行运行差不多了对吧？不过还是和串行稍微有点不同，只是在有同步锁那里是串行，在其他地方还是多线程的效果

那么有朋友要问了，既然都是锁，已经有了一个GIL，那么还要同步锁来干嘛呢？一句话，GIL是着重于保证线程安全，同步锁是用户级的可控机制，开发中防止这种不确定的潜在隐患

8.死锁现象/可重用锁

前面既然已经用了同步锁，那么相信在以后的开发中，绝对会用到使用多个同步锁的时候，所以这里模拟一下使用两个同步锁，看看会有什么现象发生

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

# author:yangva
import threading,time

a = threading.Lock() #创建同步锁对象a
b = threading.Lock() #创建同步锁对象b

def demo1():
    a.acquire() #加锁
    print('threading model test A....')
    b.acquire()
    time.sleep(0.2)
    print('threading model test B....')
    b.release()
    a.release() #释放

def demo2():
    b.acquire() #加锁
    print('threading model test B....')
    a.acquire()
    time.sleep(0.2)
    print('threading model test A....')
    a.release()
    b.release() #释放

threads = []
for i in range(5):
    t1 = threading.Thread(target=demo1,args=[])
    t2 = threading.Thread(target=demo2,args=[])
    t1.start()
    t2.start()
    threads.append(t1)
    threads.append(t2)

for i in threads:
    i.join()

运行结果：

这里就一直阻塞住了，因为demo1函数用的锁是外层a锁，内层b锁，demo2函数刚好相反，外层b锁，内层a锁，所以当多线程运行时，两个函数同时在互抢锁，谁也不让谁，这就导致了阻塞，这个阻塞现象又叫死锁现象。

那么为了避免发生这种事，我们可以使用threading模块下的RLOCK来创建重用锁依此来避免这种现象

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

# author:yangva
import threading,time

r = threading.RLock() #创建重用锁对象

def demo1():
    r.acquire() #加锁
    print('threading model test A....')
    r.acquire()
    time.sleep(0.2)
    print('threading model test B....')
    r.release()
    r.release() #释放

def demo2():
    r.acquire() #加锁
    print('threading model test B....')
    r.acquire()
    time.sleep(0.2)
    print('threading model test A....')
    r.release()
    r.release() #释放

threads = []
for i in range(5):
    t1 = threading.Thread(target=demo1,args=[])
    t2 = threading.Thread(target=demo2,args=[])
    t1.start()
    t2.start()
    threads.append(t1)
    threads.append(t2)

for i in threads:
    i.join()

运行结果:

这个Rlock其实就是Lock+计算器，计算器里的初始值为0，每嵌套一层锁，计算器值加1，每释放一层锁，计算器值减1，和同步锁一样，只有当值为0时才算结束，让其他线程接着抢着运行。而这个Rlock也有一个官方一点的名字，递归锁

那么估计有朋友会问了，为什么会有死锁现象呢？或者你应该问，是什么生产环境导致有死锁现象的，还是那句，为了保护数据同步性，防止多线程操作同一数据时发生冲突。这个说辞很笼统对吧，我说细点。比如前面的购物车系统，虽然我们在操作数据时又重新取了一遍数据来保证数据的真实性，如果多个用户同时登录购物车系统在操作的话，或者不同的操作但会涉及到同一个数据的时候，就会导致数据可能不同步了，那么就可以在内部代码里加一次同步锁，然后再在实际操作处再加一次同步锁，这样就出现多层同步锁，那么也就会出现死锁现象了，而此时这个死锁现象是我们开发中正好需要的。

我想，说了这个例子你应该可以理解为什么lock里还要有lock，很容易导致死锁现象我们还是要用它了，总之如果需要死锁现象就用同步锁，不需要就换成递归锁。

9.信号量/绑定式信号量

信号量也是一个线程锁

1）Semaphore

信号量感觉更有具有多线程的意义。先不急着说，看看例子就懂：

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

# author:yangva
import threading,time

s = threading.Semaphore(3) #创建值为3的信号量对象

def demo():
    s.acquire() #加锁
    print('threading model test A....')
    time.sleep(2)
    s.release() #释放

threads = []
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=demo,args=[])
    t.start()
    threads.append(t)

for i in threads:
    i.join()

运行结果：

如果你亲自测试这段代码，你会发现，这个结果是3个一组出的，出了3次3个一组的，最后出了一个一组，3个一组都是并行的，中间停顿2秒。

这里可以给很形象的例子，假如某个地方的停车位只能同时停3辆车，当停车位有空时其他的车才可以停进来。这里的3个停车位就相当于信号量。

2）BoundedSemaphore

既然有信号量为我们完成这些一组一组的操作结果，但敢不敢保证这些线程就不会突然的越出这个设定好的车位呢？比如设定好的3个信号量一组，我们都知道线程是争强着运行，万一就有除了设定的3个线程外的一两个线程抢到了运行权，谁也不让谁，就是要一起运行呢？好比，这里只有3个车位，已经停满了，但有人就是要去挤一挤，出现第4辆或者第5辆车的情况，这个和现实生活中的例子简直太贴切了对吧？

那么我们怎么办？当然这个问题早就有人想好了，所以有了信号量的升级版——绑定式信号量（BoundedSemaphore）。既然是升级版，那么同信号量一样该有的都有的，用法也一样，就是有个功能，在设定好的几个线程一组运行时，如果有其他线程也抢到运行权，那么就会报错。

比如thread_lock = threading.BoundedSemaphore(5)，那么多线程同时运行的线程数就必须在5以内（包括5），不然就报错。换句话，它拥有了实时监督的功能，好比停车位上的保安，如果发现车位满了，就禁止放行车辆，直到有空位了再允许车辆进入停车。

因为这个很简单，就多了个监督功能，其他和semaphore一样的用法，我就不演示了，自己琢磨吧

10.条件变量同步锁

不多说，它也是一个线程锁，本质上是在Rlock基础之上再添加下面的三个方法

condition = threading.Condition([Lock/RLock])，默认里面的参数是Rlock

wait()：条件不满足时调用，释放线程并进入等待阻塞

notify()：条件创造后调用，通知等待池激活一个线程

notifyall()：条件创造后调用，通知等待池激活所有线程

直接上例子

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

# author:yangva
import threading,time
from random import randint

class producer(threading.Thread):
    '''
    生产者
    '''
    def run(self):
        global Li
        while True:
            value = randint(0,100) #创建一百以内随机数
            print('生产者',self.name,'Append：'+str(value),Li)
            if con.acquire(): #加锁
                Li.append(value) #把产品加入产品列表里
                con.notify()  #通知等待池里的消费者线程激活并运行
                con.release() #释放
            time.sleep(3)     #每3秒做一次产品

class consumer(threading.Thread):
    '''
    消费者
    '''
    def run(self):
        global Li
        while True:
            con.acquire() #获取条件变量锁，必须和生产者同一个锁对象，生产者通知后在此处开始运行
            if len(Li) == 0: #如果产品列表内没数据，表示消费者先抢到线程运行权
                con.wait()   #阻塞状态，等待生产者线程通知
            print('消费者',self.name,'Delete：'+str(Li [0]),Li)
            Li.remove(Li[0]) #删除被消费者用掉的产品
            con.release()    #释放
            time.sleep(0.5)  #每0.5秒用掉一个产品

con = threading.Condition() #创建条件变量锁对象
threads = [] #线程列表
Li = [] #产品列表

for i in range(5):
    threads.append(producer())

threads.append(consumer())

for i in threads:
    i.start()

for i in threads:
    i.join()

运行结果：

图片只截取了部分，因为它一直在无线循环着的。这个生产者和消费者的模型很经典，必须理解，每个步骤分别什么意思我都注释了，不再赘述了。

11.event事件

类似于condition，但它并不是一个线程锁，并且没有锁的功能

event = threading.Event()，条件环境对象，初始值为False

event.isSet()：返回event的状态值

event.wait()：如果event.isSet()的值为False将阻塞

event.set()：设置event的状态值为True，所有阻塞池的线程激活并进入就绪状态，等待操作系统调度

event.clear()：恢复event的状态值False

不多说，看一个例子：

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

# author:yangva

import threading,time

class boss(threading.Thread):
    def run(self):
        print('boss:今晚加班！')
        event.isSet() or event.set() #设置为True
        time.sleep(5)   #切换到员工线程
        print('boss:可以下班了')
        event.isSet() or event.set() #又设置为True


class worker(threading.Thread):
    def run(self):
        event.wait() #等待老板发话，只有值为True再往下走
        print('worker:唉～～～，又加班')
        time.sleep(1) #开始加班
        event.clear() #设置标志为false
        event.wait()  #等老板发话
        print('worker:oh yeah，终于可以回家了')


event = threading.Event()
threads = []
for i in range(5):
    threads.append(worker())
threads.append(boss())

for i in threads:
    i.start()

for i in threads:
    i.join()

运行结果：

其实这个和condition的通信原理是一样的，只是condition用的是notify，event用的set和isset

*12.队列（queue）

本质上，队列是一个数据结构。

1)创建一个“队列”对象
import Queue
q = Queue.Queue(maxsize = 10)
Queue.Queue类即是一个队列的同步实现。队列长度可为无限或者有限。可通过Queue的构造函数的可选参数maxsize来设定队列长度。如果maxsize小于1就表示队列长度无限。

2)将一个值放入队列中
q.put(obj)
调用队列对象的put()方法在队尾插入一个项目。put()有两个参数，第一个item为必需的，为插入项目的值；第二个block为可选参数，默认为
1。如果队列当前为空且block为1，put()方法就使调用线程暂停,直到空出一个数据单元。如果block为0，put方法将引发Full异常。

3)将一个值从队列中取出
q.get()
调用队列对象的get()方法从队头删除并返回一个项目。可选参数为block，默认为True。如果队列为空且block为True，get()就使调用线程暂停，直至有项目可用。如果队列为空且block为False，队列将引发Empty异常。

例：

4)Python Queue模块有三种队列及构造函数:

Python Queue模块的FIFO队列先进先出　　　　class queue.Queue(maxsize)
LIFO类似于堆，即先进后出　　　　　　　　class queue.LifoQueue(maxsize)
还有一种是优先级队列级别越低越先出来　　class queue.PriorityQueue(maxsize)

当maxsize值比put的数量少时就会阻塞住，当数据被get后留有空间才能接着put进去，类似于线程的信号量

5)queue中的常用方法(q = Queue.Queue()):
q.qsize()：返回队列的大小
q.empty()：如果队列为空，返回True,反之False
q.full()：如果队列满了，返回True,反之False，q.full与 maxsize 大小对应
q.get([block[, timeout]]) 获取队列，timeout等待时间
q.get_nowait()：相当q.get(False)
q.put_nowait(item)：相当q.put(item, False)
q.task_done()：在完成一项工作之后，q.task_done() 函数向任务已经完成的队列发送一个信号
q.join()：实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

6）队列有什么好处，与列表区别

队列本身就有一把锁，内部已经维持一把锁，如果你用列表的话，当环境是在多线程下，那么列表数据就一定会有冲突，而队列不会，因为此，队列有个外号——多线程利器

例：

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

# author:yangva

import threading,time
import queue
from random import randint

class productor(threading.Thread):
    def run(self):
        while True:
            r = randint(0,100)
            q.put(r)
            print('生产出来 %s 号产品'%r)
            time.sleep(1)

class consumer(threading.Thread):
    def run(self):
        while True:
            result =q.get()
            print('用掉 %s 号产品'%result)
            time.sleep(1)

q = queue.Queue(10)
threads = []
for i in range(3):
    threads.append(productor())

threads.append(consumer())

for i in threads:
    i.start()

运行结果：

这里根本不用加锁就完成了前面的生产者消费者模型，因为queue里面自带了一把锁。

好的，关于线程的知识点，讲解完。

多线程式爬虫

有的朋友学完线程还不知道线程到底能运用于哪些生活实际，好的，不多说，来，我们爬下堆糖网（https://www.duitang.com/）的校花照片。

import requests
import urllib.parse
import threading,time,os

#设置照片存放路径
os.mkdir('duitangpic')
base_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__),'duitangpic')

#设置最大信号量线程锁
thread_lock=threading.BoundedSemaphore(value=10)

#通过url获取数据
def get_page(url):
    header={'User-Agent':'Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/50.0.2661.102 Safari/537.36'}
    page=requests.get(url,headers=header)
    page=page.content #content是byte
    #转为字符串
    page=page.decode('utf-8')
    return page

#label  即是搜索关键词
def page_from_duitang(label):
    pages=[]
    url='https://www.duitang.com/napi/blog/list/by_search/?kw={}&start={}&limit=1000'
    label=urllib.parse.quote(label)#将中文转成url(ASCII)编码
    for index in range(0,3600,100):
        u=url.format(label,index)
        #print(u)
        page=get_page(u)
        pages.append(page)
    return pages

def findall_in_page(page,startpart,endpart):
    all_strings=[]
    end=0
    while page.find(startpart,end) !=-1:
        start=page.find(startpart,end)+len(startpart)
        end=page.find(endpart,start)
        string=page[start:end]
        all_strings.append(string)

    return all_strings

def pic_urls_from_pages(pages):
    pic_urls=[]
    for page in pages:
        urls=findall_in_page(page,'path":"','"')
        #print('urls',urls)
        pic_urls.extend(urls)
    return pic_urls

def download_pics(url,n):
    header={'User-Agent':'Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/50.0.2661.102 Safari/537.36'}
    r=requests.get(url,headers=header)
    path=base_path+'/'+str(n)+'.jpg'
    with open(path,'wb') as f:
        f.write(r.content)
    #下载完，解锁
    thread_lock.release()

def main(label):
    pages=page_from_duitang(label)
    pic_urls=pic_urls_from_pages(pages)
    n=0
    for url in pic_urls:
        n+=1
        print('正在下载第{}张图片'.format(n))
        #上锁
        thread_lock.acquire()
        t=threading.Thread(target=download_pics,args=(url,n))
        t.start()
main('校花')

运行结果：