多线程

线程

什么是线程

程序在运行代码的过程。

进程与线程

进程：一个在运行中的程序（具体内容是由线程来运行）的状态，是系统的一个资源单位。

线程：运行指定代码的过程。一个进程中至少有一个线程，但是一个进程可以有多个线程。线程是cpu调度的最小单位。

类比到现实中就是生产车间（指代进程）与流水线（指代线程）的关系。我们可以说这个车间是生产汽车，生产车间里面的每一条流水线都是生产汽车部件的。生产车间是由一个一个流水线组合成地。进程也是由线程构成地。

线程与进程的区别

1. 进程之间是内存隔离，线程之间是共享内存
2. 创建进程由于需要开辟内存空间，而线程不需要开辟内存空间，所以创建线程的速度比创建进程的速度快

线程创建的两种方式

使用threading模块创建Thread，而且创建线程的方式与multiprocessing创建线程的方式一样（据说是multiprocessing照着threading写的，不要说是我说的）

• 方式一：实现Thread类

  from threading import Thread,currentThread
  
  def pr():
      print(f'我是进程{currentThread().name}！')
  
  t = Thread(target=pr)
  t.start()
  print('我是主进程！')
  #######################
  # 结果：
  我是进程Thread-1！   # 因为创建线程的速度很快所以创建了线程就执行了代码
  我是主进程！
  

• 方式二：继承Thread类

  from threading import Thread,currentThread
  
  class MyT(Thread):
      def run(self) -> None:   # 必须重写run方法
          print(f'我是进程{currentThread().name}')
  
  t = MyT()
  t.start()
  print('我是主进程！')
  #######################
  # 结果：
  我是进程Thread-1！
  我是主进程！
  

线程的属性和方法

• join

  主线程等待子线程运行结束

  from threading import Thread
  import time
  
  def task():
      print('子线程开启！')
      time.sleep(2)
      print('子线程结束！')
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  print('主线程结束！')
  ######################
  # 结果：
  子线程开启！
  主线程结束！
  子线程结束！
  

• isAlive()

  线程是否还在运行

  from threading import Thread
  import time
  
  def task():
      print('子线程开启！')
      time.sleep(2)
      print('子线程结束！')
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  time.sleep(1)
  print(t.isAlive())   # True
  print('主线程结束')
  

• getName()

  获取线程名字

  from threading import Thread
  import time
  
  def task():
      print('子线程开启！')
      time.sleep(2)
      print('子线程结束！')
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  print(t.getName())   # Thread-1
  print('主线程结束')
  

• setName()

  设置线程名字

  from threading import Thread
  import time
  
  def task():
      print('子线程开启！')
      time.sleep(2)
      print('子线程结束！')
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  print(t.getName())   # Thread-1
  t.setName('张三')
  print(t.getName())   # 张三
  print('主线程结束')
  

• currentThread()

  获取当前线程对象

  from threading import Thread,currentThread
  import time
  
  def task():
      print(currentThread().getName())   # Thread-1
      currentThread().setName('张三')
      print(currentThread().getName())   # 张三
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  time.sleep(0.5)
  print(t.getName())   # 张三
  print('主线程结束')
  

• enumerate()

  返回当前活动进程

  from threading import Thread,enumerate
  import time
  
  def task():
      print('子线程开启！')
      time.sleep(2)
      print('子线程结束！')
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  print(enumerate())   # [<_MainThread(MainThread, started 3068)>, <Thread(Thread-1, started 16348)>]
  print('主线程结束')
  

• activeCount()

  返回当前活动线程数量

  from threading import Thread,activeCount
  import time
  
  def task():
      print('子线程开启！')
      time.sleep(2)
      print('子线程结束！')
  
  t = Thread(target=task)
  t.start()
  print(activeCount())   # 2
  print('主线程结束')
  

守护线程

守护线程守护至当前进程结束

from threading import Thread
import time

def task():
    print('子线程开启！')
    time.sleep(2)
    print('子线程结束！')

t = Thread(target=task)
t.daemon = True
t.start()

print('主线程结束')

但是，主进程会等待还没有结束的子线程结束后结束

from threading import Thread
import time

def task():
    print('守护线程开启！')
    time.sleep(2)
    print('守护线程结束！')

def pr():
    print('子线程开启！')
    time.sleep(3)
    print('子线程结束！')

t = Thread(target=task)
t.daemon = True
t.start()
t = Thread(target=pr)
t.start()

print('主线程结束')

线程锁

当我们要对线程间共享的资源进行操作，为了资源的安全考虑，就需要为资源加上线程锁。这样就可以保证同一个资源同一时刻只有一个线程有权限去修改。

from threading import Lock,Thread
import time
#初始化一把锁,由于线程间共享内存所以可以不用传递参数
lock=Lock()
count = 1

def buy():
    #获取钥匙在acquire()和release()之间的代码在同一时间只允许一个进程执行，当一个进程完成后将钥匙归还后，其他的进程才可以获得钥匙。
    lock.acquire()  # 拿锁
    # 模拟网络的延迟
    global count
    time.sleep(0.1)
    if count>0:
        print('买到票了')
        count=count-1
        with open('access.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
            f.write(str(count))
    else:
        print('没票了')
    lock.release()  #还锁

count = 1
for i in range(5):
    p=Thread(target=buy)
    p.start()

死锁

当程序中有两把锁，并且一个线程需要拿到两把锁才能运行下去的时候，就会发生死锁的问题

from threading import Lock,Thread,currentThread
import time

lock1 = Lock()
lock2 = Lock()

def func1():
    lock2.acquire()
    print('33[41m%s 拿到A锁33[0m' % currentThread().name)

    lock1.acquire()
    print('33[42m%s 拿到B锁33[0m' % currentThread().name)
    lock1.release()

    lock2.release()

def func2():
    lock1.acquire()
    print('33[43m%s 拿到B锁33[0m' % currentThread().name)
    time.sleep(2)

    lock2.acquire()
    print('33[44m%s 拿到A锁33[0m' % currentThread().name)
    lock2.release()

    lock1.release()

t1 = Thread(target=func2)
t2 = Thread(target=func1)
t1.start()
t2.start()

解决死锁问题可以使用 递归锁

递归锁

在一个线程中是的锁可以被多次获取，但是不同线程间只能有一个线程获得锁

from threading import RLock,Thread,currentThread
import time

lock1 = RLock()
lock2 = lock1

def func1():
    lock2.acquire()
    print('33[41m%s 拿到A锁33[0m' % currentThread().name)

    lock1.acquire()
    print('33[42m%s 拿到B锁33[0m' % currentThread().name)
    lock1.release()

    lock2.release()

def func2():
    lock1.acquire()
    print('33[43m%s 拿到B锁33[0m' % currentThread().name)
    time.sleep(2)

    lock2.acquire()
    print('33[44m%s 拿到A锁33[0m' % currentThread().name)
    lock2.release()

    lock1.release()

t1 = Thread(target=func2)
t2 = Thread(target=func1)
t1.start()
t2.start()

GIL（全局解释器锁）

因为cpython自带的垃圾回收机制不是线程安全的，所以要有GIL锁来保证同一时间只有一个线程在解释器中运行。但是这会导致cpython中的多线程并不是真正意义上的多线程，它只能运用到单核的性能。

解决这个问题主要有两种办法：

1. 使用多线程
2. 使用C语言写多线程的部分，再使用ctypes模块

具体可以看：https://blog.csdn.net/IAlexanderI/article/details/72932309

线程间通信

1. 队列

   先进先出

   import queue
   q = queue.Queue()
   q.put('123')
   q.put('qweqwe')
   print(q.get())
   print(q.get())
   ###############
   # 结果：
   123
   qweqwe
   

2. 栈

   后进先出

   import queue
   q = queue.LifoQueue()
   q.put('123')
   q.put('qwe')
   q.put('asd')
   print(q.get())
   print(q.get())
   print(q.get())
   ################
   # 结果：
   asd
   qwe
   123
   

3. 优先级

   按照元组中的优先级输出

   import queue
   q = queue.PriorityQueue()
   q.put((4,'123'))
   q.put((2,'qwe'))
   q.put((3,'asd'))
   print(q.get())
   print(q.get())
   print(q.get())
   ################
   # 结果：
   (2, 'qwe')
   (3, 'asd')
   (4, '123')
   

线程定时器

倒计时，当时间归零开始执行线程

from threading import Timer

def task():
    print('线程开始执行')

t = Timer(4,task) # 过了4s后开启了一个线程
t.start()