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Python并发复习１ - 多线程

2018-10-29 15:30:40来源：博客园阅读 ()

一、基本概念

程序：指令集，静态，

进程：当程序运行时，会创建进程，是操作系统资源分配的基本单位

线程：进程的基本执行单元，每个进程至少包含一个线程，是任务调度和执行的基本单位

> 进程和线程之间的关系：

① 一个线程只属于一个进程
② 一个进程可以包含多个线程，只有一个主线程

> 进程和线程资源对比

① 进程具有独立的空间和系统资源

② 线程不具有独立的空间和系统资源

③ 同一个进程下的多个线程共享该进程的空间和系统资源

④ 局部变量不共享

> 多线程中对于贡献资源修改的问题
--- 多线程的同步问题、线程不安全、通过同步解决

二、多线程

１．需要清楚的一点

　　单核CPU: 宏观并行，微观实际上是串行　－　并发
　　多核CPU: 微观本质并行

２．应用场合：　　

　　① 计算密集型　--- 不适合单核CPU多线程　 --- 数值计算
　　② I/O密集型　 --- 适合单核CPU多线程　　--- 频繁读写

３．优点：

　　　速度快

４．缺点：

　　(1) 线程本身也是程序，线程越多，占用的内存越多；
　　(2) 多线程的调用需要协调管理，CPU对线程的跟踪需要消耗内存；
　　(3) CPU多线程的切换需要消耗内存
　　(4) 多线程之间对共享资源问题，需要解决数据的一致性

三、线程的创建

三种方式：

(1) threading模块
--- 通过指定target(函数名)和args(函数参数)
(2) 使用Thread类，重写run方法
(3) 使用线程池

3.1 threading模块

 1 import threading
 2 import time
 3 def misson(*args):
 4     for i in range(args[1]):
 5         print(i)
 6         time.sleep(1)
 7 # 创建线程对象,参数必须使用元组传递
 8 t = threading.Thread(target = mission, args = args)
 9 # 激活线程(排队),等待CPU分配时间片来执行
10 t.start()
11 t.start()

3.2. 使用Thread类，重写run方法

--- 适用于需要创建很多个执行方法相同的线程对象时，用类方法

 1 class My_Thread(threading.Thread):
 2     def __init__(self, n1):
 3         self.n1 = n1
 4         super().__init__()
 5     # run方法是真正执行函数认为的方法
 6     def run(self):
 7         for i in range(self.end):
 8             print(i)
 9 t1 = My_Thread()
10 t1.start(10)

3.3 线程池

线程池的使用threadpool较少，使用concurrent.futures下的 ThreadPoolExecutor 线程池

 1 from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
 2 import time
 3 
 4 
 5 def sayhello(a):
 6     print("hello: " + a)
 7     time.sleep(2)
 8 
 9 
10 def main():
11     seed = ["a", "b", "c"]
12 
13     # 第一种方法submit
14     with ThreadPoolExecutor(3) as executor:
15         for each in seed:
16             executor.submit(sayhello, each)
17 
18     # 第二种方法map
19     with ThreadPoolExecutor(3) as executor1:
20         executor1.map(sayhello, seed)
21 
22 
23 if __name__ == '__main__':
24     main()

四、线程的生命周期

(1) 新建 --- 创建线程对象，没有执行能力
(2) 就绪 --- 调用start方法,把执行权利交给CPU
(3) 运行 --- 执行线程任务，获得CPU时间片在一个线程运行时，可能将时间片分配给其他线程
(4) 阻塞 --- 处于等待过程，CPU不给阻塞状态分配时间片
(5) 死亡 --- run方法执行完毕或者抛出没有捕获的异常

五、线程的同步

　　--- 在同一个进程下，各个线程共享资源引起不安全，即对成员变量的操作进行共享

1. 抢票问题 - 锁

 1 import time
 2 import threading
 3 
 4 ticket = 100
 5 
 6 def buy_ticket():
 7     global ticket
 8     while ticket:
 9         t = threading.current_thread()
10         print(f'{t.name}{ticket}')
11         time.sleep(0.5)
12         ticket -= 1
13 
14 if __name__ == '__main__':
15     t1 = threading.Thread(target=buy_ticket)
16     t1.name = '张三'  # 设定线程名字
17     t1.start()
18     t2 = threading.Thread(target=buy_ticket)
19     t2.name = '张四'
20     t2.start()
21     t3 = threading.Thread(target=buy_ticket)
22     t3.name = '张五'
23     t3.start()

运行结果如下，会出现重复的抢票，即多个线程获得同一个变量：

解决办法：

使用线程锁，即在同一时间内，一个共享资源只能被一个线程访问

加锁 --- threading.Lock()
抢锁 --- lock.acquare()
解锁 --- lock.release()

 1 import time
 2 import threading
 3 
 4 lock = threading.Lock()
 5 ticket = 100
 6 def buy_ticket():
 7     global ticket
 8     while True:
 9         try:
10             lock.acquire()
11             if ticket > 0:
12                 t = threading.current_thread()
13                 time.sleep(0.2)
14                 print(f'{t.name}抢到了第{ticket}张票')
15                 ticket -= 1
16             else:
17                 break
18         finally:
19             lock.release()
20 
21 t1=threading.Thread(target=buy_ticket)
22 t1.name="张三"
23 t2=threading.Thread(target=buy_ticket)
24 t2.name="李四"
25 t3=threading.Thread(target=buy_ticket)
26 t3.name="王五"
27 
28 t1.start()
29 t2.start()
30 t3.start()