python 多线程

目录

1. 什么是线程和进程

在学习多线程的使用之前，需要先了解线程、进程、多线程的概念。

进程： (Process，有时被称为重量级进程）是程序的一次执行。每个进程都有自己的地址空间、内存、数据栈以及记录运行轨迹的辅助数据，操作系统管理运行的所有进程，并为这些进程公平分配时间。进程可以通过fork和spawn操作完成其他任务。因为各个进程有自己的内存空间、数据栈等，所以只能使用进程间通信（InterProcess Communication,IPC），而不能直接共享信息。

线程: （Thread，有时被称为轻量级进程）跟进程有些相似，不同的是所有线程运行在同一个进程中，共享运行环境。线程有开始、顺序执行和结束3部分，有一个自己的指令指针，记录运行到什么地方。线程的运行可能被抢占（中断）或暂时被挂起（睡眠），从而让其他线程运行，这叫作让步。一个进程中的各个线程之间共享同一块数据空间，所以线程之间可以比进程之间更方便地共享数据和相互通信。

多线程与多进程： 一个任务就是一个进程，开启多个任务就是多进程。有些进程不止可以同时做一件事，比如Word可以同时打字、检查拼写、打印等。在一个进程内部，要同时做多件事，就需要同时运行多个线程。多线程类似于同时执行多个不同的程序，多线程运行有以下3个优点：

  • （1）使用线程可以把占据长时间的任务放到后台去处理。
  • （2）用户界面可以更加吸引人，比如用户单击一个按钮，用于触发某些事件的处理，可以弹出一个进度条显示处理的进度。
  • （3）程序的运行速度可能加快。

2. 使用线程

Python提供了几个用于多线程编程的模块，包括_thread、threading和Queue等。
_thread和threading模块允许程序员创建和管理线程。
_thread模块提供了基本线程和锁的支持，threading提供了更高级别的、功能更强的线程管理功能。
Queue模块允许用户创建一个可以用于多个线程之间共享数据的队列数据结构。

2.1 _thread 模块

Python调用_thread模块中的start_new_thread()函数产生新线程。
_thread的语法如下：

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

【参数解析】:

  • function为线程函数；
  • args为传递给线程函数的参数，必须是tuple类型；
  • kwargs为可选参数。
# 实例

import _thread
import time

# 为线程定义一个函数
def show_time(threadName, delay):
    count =0 
    while count < 5:
        time.sleep(delay)
        count += 1
        print("%s : %s" %(threadName, time.ctime(time.time()) ) )
        
# 调用_thread.start_new_thread（）函数创建线程
try:
    _thread.start_new_thread(show_time,("线程1",2,))
    _thread.start_new_thread(show_time,("线程2",3,))
except:
    print("Error:无法启动线程")

线程1 : Tue Mar 24 10:41:18 2020
线程2 : Tue Mar 24 10:41:19 2020
线程1 : Tue Mar 24 10:41:20 2020
线程2 : Tue Mar 24 10:41:22 2020
线程1 : Tue Mar 24 10:41:22 2020
线程1 : Tue Mar 24 10:41:24 2020
线程2 : Tue Mar 24 10:41:25 2020
线程1 : Tue Mar 24 10:41:26 2020
线程2 : Tue Mar 24 10:41:28 2020
线程2 : Tue Mar 24 10:41:31 2020

2.2 threading 模块

threading 模块除了包含 _thread 模块中的所有方法外，还提供的其他方法：

  • threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
  • threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。
  • threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量，与len(threading.enumerate())有相同的结果。

除了使用方法外，该线程模块同样提供了Thread类来处理线程，Thread类提供了以下方法:

  • run(): 用以表示线程活动的方法。
  • start():启动线程活动。
  • join([time]): 等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。
  • isAlive(): 返回线程是否活动的。
  • getName(): 返回线程名。
  • setName(): 设置线程名。
# 实例
import threading
import time

exitFlag = 0
  
class TestThread(threading.Thread):  #测试线程类继承Thread类
    
    def __init__(self, threadID, name, counter):   #构造方法
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter
    def run(self):
        print("线程开始：" + self.name)
        show_time(self.name, self.counter, 5)
        print("线程结束：" + self.name)


def show_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        if exitFlag:
            threadName.exit()
        time.sleep(delay)
        print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1
              
        
        
# 创建线程
thread1 = TestThread(1,"线程1", 1)
thread2 = TestThread(2,"线程2", 2)
 
# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()
 
thread1.join()
thread2.join()

print ("退出主线程")

线程开始：线程1
线程开始：线程2
线程1: Tue Mar 24 11:15:15 2020
线程1: Tue Mar 24 11:15:16 2020
线程2: Tue Mar 24 11:15:16 2020
线程1: Tue Mar 24 11:15:17 2020
线程1: Tue Mar 24 11:15:18 2020线程2: Tue Mar 24 11:15:18 2020

线程1: Tue Mar 24 11:15:19 2020
线程结束：线程1
线程2: Tue Mar 24 11:15:20 2020
线程2: Tue Mar 24 11:15:22 2020
线程2: Tue Mar 24 11:15:24 2020
线程结束：线程2
退出主线程

Thread是一个很有用的同步特性。所有线程都创建之后，再一起调用start()函数启动，而不是每创建一个线程就启动。而且不用管理一堆锁的状态（分配锁、获得锁、释放锁、检查锁的状态等），只要简单对每个线程调用join()主线程，等待子线程结束即可。join()还可以设置timeout参数，即主线程的超时时间。

2.3 线程同步

如果多个线程共同对某个数据修改，则可能出现不可预料的结果，为了保证数据的正确性，需要对多个线程进行同步。使用 Thread对象的Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步，这两个对象都有 acquire 方法和release方法，对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。

多线程的优势在于可以同时运行多个任务（至少感觉起来是这样）。但是当线程需要共享数据时，可能存在数据不同步的问题。考虑这样一种情况：一个列表里所有元素都是0，线程"set"从后向前把所有元素改成1，而线程"print"负责从前往后读取列表并打印。那么，可能线程"set"开始改的时候，线程"print"便来打印列表了，输出就成了一半0一半1，这就是数据的不同步。为了避免这种情况，引入了锁的概念。

锁有两种状态——锁定和未锁定。每当一个线程比如"set"要访问共享数据时，必须先获得锁定；如果已经有别的线程比如"print"获得锁定了，那么就让线程"set"暂停，也就是同步阻塞；等到线程"print"访问完毕，释放锁以后，再让线程"set"继续。经过这样的处理，打印列表时要么全部输出0，要么全部输出1，不会再出现一半0一半1的尴尬场面。

# 线程不同步
import threading
import time

list_data = ["0","0","0","0","0","0","0"]
      
class myThread1 (threading.Thread):
   
    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter
    def run(self): 
        i = 0
        print ("开启线程： " + self.name)
        set_data(self.name, self.counter, 7, i)
        
class myThread2(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 ("开启线程： " + self.name)
        print_data(self.name, self.counter, 7)
              
        
        
def print_data(threadName, delay, counter ):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print(f"{threadName}: {time.ctime(time.time())}:打印数据:{list_data}")
        counter -= 1
        
def set_data(threadName, delay, counter,i):

    while counter:
        time.sleep(delay)
        #print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) )
        list_data[i] = '1'
        i += 1
        print(f"{threadName}: {time.ctime(time.time())}:修改第{i}个数据")
        counter -= 1

threadLock = threading.Lock()
threads = []

# 创建新线程
thread1 = myThread1(1, "线程1", 1)
thread2 = myThread2(2, "线程2", 2)

# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()

# 添加线程到线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print ("退出主线程")

开启线程： 线程1
开启线程： 线程2
线程1: Tue Mar 24 12:33:48 2020:修改第1个数据
线程2: Tue Mar 24 12:33:49 2020:打印数据:['1', '0', '0', '0', '0', '0', '0']
线程1: Tue Mar 24 12:33:49 2020:修改第2个数据
线程1: Tue Mar 24 12:33:50 2020:修改第3个数据
线程2: Tue Mar 24 12:33:51 2020:打印数据:['1', '1', '1', '0', '0', '0', '0']
线程1: Tue Mar 24 12:33:51 2020:修改第4个数据
线程1: Tue Mar 24 12:33:52 2020:修改第5个数据
线程2: Tue Mar 24 12:33:53 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '0', '0']
线程1: Tue Mar 24 12:33:53 2020:修改第6个数据
线程1: Tue Mar 24 12:33:54 2020:修改第7个数据
线程2: Tue Mar 24 12:33:55 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:33:57 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:33:59 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:34:01 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
退出主线程

# 线程同步
import threading
import time

list_data = ["0","0","0","0","0","0","0"]
      
class myThread1 (threading.Thread):
   
    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter
    def run(self): 
        i = 0
        print ("开启线程： " + self.name)
        # 获取锁，用于线程同步
        threadLock.acquire()
        set_data(self.name, self.counter, 7, i)
        # 释放锁，开启下一个线程    
        threadLock.release()
        
        
class myThread2(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 ("开启线程： " + self.name)
        # 获取锁，用于线程同步
        threadLock.acquire()
        print_data(self.name, self.counter, 7)
        # 释放锁，开启下一个线程    
        threadLock.release()
        
def print_data(threadName, delay, counter ):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print(f"{threadName}: {time.ctime(time.time())}:打印数据:{list_data}")
        counter -= 1
        
def set_data(threadName, delay, counter,i):

    while counter:
        time.sleep(delay)
        #print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) )
        list_data[i] = '1'
        i += 1
        print(f"{threadName}: {time.ctime(time.time())}:修改第{i}个数据")
        counter -= 1

threadLock = threading.Lock()
threads = []

# 创建新线程
thread1 = myThread1(1, "线程1", 1)
thread2 = myThread2(2, "线程2", 2)

# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()

# 添加线程到线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print ("退出主线程")

开启线程： 线程1
开启线程： 线程2
线程1: Tue Mar 24 12:35:33 2020:修改第1个数据
线程1: Tue Mar 24 12:35:34 2020:修改第2个数据
线程1: Tue Mar 24 12:35:35 2020:修改第3个数据
线程1: Tue Mar 24 12:35:36 2020:修改第4个数据
线程1: Tue Mar 24 12:35:37 2020:修改第5个数据
线程1: Tue Mar 24 12:35:38 2020:修改第6个数据
线程1: Tue Mar 24 12:35:39 2020:修改第7个数据
线程2: Tue Mar 24 12:35:41 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:35:43 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:35:45 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:35:47 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:35:49 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:35:51 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
线程2: Tue Mar 24 12:35:53 2020:打印数据:['1', '1', '1', '1', '1', '1', '1']
退出主线程

2.4 Queue 模块

Python 的 Queue 模块中提供了同步的、线程安全的队列类，包括FIFO（先入先出)队列Queue，LIFO（后入先出）队列LifoQueue，和优先级队列PriorityQueue。这些队列都实现了锁原语，能够在多线程中直接使用，可以使用队列来实现线程间的同步。

Queue 模块中的常用方法
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kpOgW0MR-1585036799649)(attachment:image.png)]

# 实例
import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, q):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.q = q
    def run(self):
        print ("开启线程：" + self.name)
        process_data(self.name, self.q)
        print ( self.name + "：退出线程")

def process_data(threadName, q):
    while not exitFlag:
        queueLock.acquire()
        if not workQueue.empty():
            data = q.get()
            queueLock.release()
            print ("%s 运行： %s" % (threadName, data))
        else:
            queueLock.release()
        time.sleep(2)

threadList = ["线程1", "线程2", "线程3","线程4","线程5"]
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
queueLock = threading.Lock()
workQueue = queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1

# 创建新线程
for tName in threadList:
    thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    thread.start()
    threads.append(thread)
    threadID += 1

# 填充队列
queueLock.acquire()
for word in nameList:
    workQueue.put(word)
queueLock.release()

# 等待队列清空
while not workQueue.empty():
    pass

# 通知线程是时候退出
exitFlag = 1

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print ("退出主线程")

开启线程：线程1
开启线程：线程2
开启线程：线程3
开启线程：线程4
开启线程：线程5

线程5 运行： One
线程2 运行： Two
线程4 运行： Three
线程3 运行： Four
线程1 运行： Five

线程5：退出线程
线程4：退出线程
线程1：退出线程
线程3：退出线程
线程2：退出线程

退出主线程

3. 多线程在爬虫中的应用

  • 获取网页链接地址
  • 利用多线程爬取下面五篇博客的html源码
  • 将源码保存在文件夹内

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ct6sDtW5-1585036799650)(attachment:image.png)]

import threading, queue, time
import requests
BASE_URL = "https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/"

URL_QUEUE = queue.Queue()
html_lists = ["11881430","11881452","11881469","11881506","11882048"]
for html_list in html_lists:
    url = BASE_URL + html_list + ".html"
    URL_QUEUE.put(url)
    
def Crawler(url_queue):
    while True:
        try:
            #不阻塞的读取队列里的数据
            url_var = url_queue.get_nowait()
            url_queue.qsize()
        except Exception as e:
            break
        curr_thread_name = threading.currentThread().name
        print(f"Current Thread name: {curr_thread_name}, Url: {url_var}")
        
        try:
            html = requests.get(url).content.decode('utf-8')    
            for html_list in html_lists:
                with open('C:/Users/ASUS/Desktop/pythonfiletest/blog/' + html_list + '.html', 'w',encoding='utf-8') as f:                
                    f.write(html)
        except Exception as ex:
            print(f"爬取错误: {ex}")
            continue
   
        
if __name__ == "__main__":
    print("主程序开始。")
    start_time = time.time()        
    threads = []
    
    #可以调节线程数， 进而控制抓取速度
    print("调用线程，开始爬虫。")
    thread_num = 1
    for num in range(0,thread_num):
        thread = threading.Thread(target=Crawler, args=(URL_QUEUE,))
        threads.append(thread)
    for item_t in threads:
        item_t.start()
    for thread_t in threads:
        thread_t.join()
        
    print(f"All thread done, spend: {(time.time() - start_time)} s")

主程序开始。
调用线程，开始爬虫。
Current Thread name: Thread-75, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881430.html
Current Thread name: Thread-75, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881452.html
Current Thread name: Thread-75, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881469.html
Current Thread name: Thread-75, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881506.html
Current Thread name: Thread-75, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11882048.html
All thread done, spend: 1.974358081817627 s

在这里插入图片描述

import threading, queue, time
import requests
BASE_URL = "https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/"

URL_QUEUE = queue.Queue()
html_lists = ["11881430","11881452","11881469","11881506","11882048"]
for html_list in html_lists:
    url = BASE_URL + html_list + ".html"
    URL_QUEUE.put(url)
    
def Crawler(url_queue):
    while True:
        try:
            #不阻塞的读取队列里的数据
            url_var = url_queue.get_nowait()
            url_queue.qsize()
        except Exception as e:
            break
        curr_thread_name = threading.currentThread().name
        print(f"Current Thread name: {curr_thread_name}, Url: {url_var}")
        
        try:
            html = requests.get(url).content.decode('utf-8')    
            for html_list in html_lists:
                with open('C:/Users/ASUS/Desktop/pythonfiletest/blog/' + html_list + '.html', 'w',encoding='utf-8') as f:                
                    f.write(html)
        except Exception as ex:
            print(f"爬取错误: {ex}")
            continue
   
        
if __name__ == "__main__":
    print("主程序开始。")
    start_time = time.time()        
    threads = []
    
    #可以调节线程数， 进而控制抓取速度
    print("调用线程，开始爬虫。")
    thread_num = 5
    for num in range(0,thread_num):
        thread = threading.Thread(target=Crawler, args=(URL_QUEUE,))
        threads.append(thread)
    for item_t in threads:
        item_t.start()
    for thread_t in threads:
        thread_t.join()
        
    print(f"All thread done, spend: {(time.time() - start_time)} s")

主程序开始。
调用线程，开始爬虫。
Current Thread name: Thread-76, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881430.html
Current Thread name: Thread-77, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881452.html
Current Thread name: Thread-78, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881469.html
Current Thread name: Thread-79, Url: https://www.cnblogs.com/sinlearn/p/11881506.html
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