python多線程實現多任務

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1.什麼是線程？

進程是作業系統分配程式執行資源的單位，而線程是進程的一個實體，是CPU調度和分配的單位。一個進程肯定有一個主線程，我們可以在一個進程裡建立多個線程來實現多任務。

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2.一個程式實現多任務的方法

如所示，實現多任務，我們可以用幾種方法。

（1）在主進程裡面開啟多個子進程，主進程和多個子進程一起處理任務。

         有關多個進程實現多任務，可以參考我的博文：https://www.cnblogs.com/chichung/p/9532962.html

（2）在主進程裡開啟多個子線程，主線程和多個子線程一起處理任務。

（3）在主進程裡開啟多個協程，多個協程一起處理任務。

         有關多個協程實現多任務，可以參考我的博文：https://www.cnblogs.com/chichung/p/9544566.html

注意：因為用多個線程一起處理任務，會產生安全執行緒問題，所以在開發中一般使用多進程+多協程來實現多任務。

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3.多線程的建立方式

import threadingp1 = threading.Thread(target=[函數名],args=([要傳入函數的參數]))p1.start()  # 啟動p1線程

我們來類比一下多線程實現多任務。

假如你在用網易雲音樂一邊聽歌一邊下載。網易雲音樂就是一個進程。假設網易雲音樂內部程式是用多線程來實現多任務的，網易雲音樂開兩個子線程。一個用來緩衝音樂，用於現在的播放。一個用來下載使用者要下載的音樂的。這時候的代碼架構是這樣的：

import threadingimport timedef listen_music(name):    while True:        time.sleep(1)        print(name,"現正播放音樂")def download_music(name):    while True:        time.sleep(2)        print(name,"正在下載音樂")if __name__ == ‘__main__‘:    p1 = threading.Thread(target=listen_music,args=("網易雲音樂",))    p2 = threading.Thread(target=download_music,args=("網易雲音樂",))    p1.start()    p2.start()輸出：網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 正在下載音樂網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 正在下載音樂網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 正在下載音樂網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 現正播放音樂網易雲音樂 現正播放音樂............

觀察上面的輸出代碼可以知道：

1.CPU是按照時間片輪詢的方式來執行子線程的。cpu內部會合理分配時間片。時間片到a程式的時候，a程式如果在休眠，就會自動切換到b程式。

2.嚴謹來說，CPU在某個時間點，只在執行一個任務，但是由於CPU運行速度和切換速度快，因為看起來像多個任務在一起執行而已。

除了上面的方法建立線程，還有另一種方法。可以編寫一個類，繼承threaing.Thread類，然後重寫父類的run方法。

import threadingimport timeclass MyThread(threading.Thread):    def run(self):        for i in range(5):            time.sleep(1)            print(self.name,i)t1 = MyThread()t2 = MyThread()t3 = MyThread()t1.start()t2.start()t3.start()輸出：Thread-1 0Thread-3 0Thread-2 0Thread-1 1Thread-2 1Thread-3 1Thread-1 2Thread-3 2Thread-2 2Thread-1 3Thread-2 3Thread-3 3Thread-1 4Thread-2 4Thread-3 4

運行時無序的，說明已經啟用了多任務。

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4.線程何時開啟，何時結束

（1）子線程何時開啟，何時運行   當調用thread.start()時 開啟線程，再運行線程的代碼（2）子線程何時結束   子線程把target指向的函數中的語句執行完畢後，或者線程中的run函數代碼執行完畢後，立即結束當前子線程（3）查看當前線程數量   通過threading.enumerate()可枚舉當前啟動並執行所有線程（4）主線程何時結束   所有子線程執行完畢後，主線程才結束

import threadingimport timedef run():    for i in range(5):        time.sleep(1)        print(i)t1 = threading.Thread(target=run)t1.start()print("我會在哪裡出現")輸出：我會在哪裡出現01234

為什麼主進程（主線程）的代碼會先出現呢？因為CPU採用時間片輪詢的方式，如果輪詢到子線程，發現他要休眠1s，他會先去運行主線程。所以說CPU的時間片輪詢方式可以保證CPU的最佳運行。

那如果我想主進程輸出的那句話運行在結尾呢？該怎麼辦呢？這時候就需要用到 join() 方法了。

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5.線程的 join() 方法

import threadingimport timedef run():    for i in range(5):        time.sleep(1)        print(i)t1 = threading.Thread(target=run)t1.start()t1.join()  print("我會在哪裡出現")輸出：01234我會在哪裡出現

join() 方法可以阻塞主進程（注意只能阻塞主進程，其他子進程是不能阻塞的），直到 t1 子線程執行完，再解阻塞。


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6.線程可以共用全域變數

這個稍微實驗下就可以知道了，所以這裡不廢話。

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7.多線程共用全域變數出現的問題

我們開兩個子線程，全域變數是0，我們每個線程對他自加1，每個線程加一百萬次，這時候就會出現問題了，來，看代碼：

 1 import threading 2 import time 3  4 num = 0 5  6 def work1(loop): 7     global num 8     for i in range(loop): 9         # 等價於 num += 110         temp = num11         num = temp + 112     print(num)13 14 15 def work2(loop):16     global num17     for i in range(loop):18         # 等價於 num += 119         temp = num20         num = temp + 121     print(num)22 23 24 if __name__ == ‘__main__‘:25     t1 = threading.Thread(target=work1,args=(1000000,))26     t2 = threading.Thread(target=work2, args=(1000000,))27     t1.start()28     t2.start()29 30     while len(threading.enumerate()) != 1:31         time.sleep(1)32     print(num)33 34 輸出：35 1459526  # 第一個子線程結束後全域變數一共加到這個數36 1588806  # 第二個子線程結束後全域變數一共加到這個數37 1588806  # 兩個線程都結束後，全域變數一共加到這個數

 

奇怪了，我不是每個線程都自加一百萬次嗎？照理來說，應該最後的結果是200萬才對的呀。問題出在哪裡呢？

我們知道CPU是採用時間片輪詢的方式進行幾個線程的執行。

假設我CPU先輪詢到work1()，num此時為100，在我運行到第10行時，時間結束了！此時,賦值了，但是還沒有自加！即temp=100,num=100。

然後，時間片輪詢到了work2()，進行賦值自加。num=101了。

又回到work1()的斷點處，num=temp+1，temp=100，所以num=101。

就這樣！num少了一次自加！

在次數多了之後，這樣的錯誤積累在一起，結果只得到158806！

這就是安全執行緒問題！

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8.GIL鎖（互斥鎖）可以彌補部分安全執行緒問題。注意是部分！至於GIL鎖的弊端請關照我的這一篇博文

 

當多個線程幾乎同時修改某一個共用資料的時候，需要進行同步控制

 

線程同步能夠保證多個安全執行緒訪問競爭資源，最簡單的同步機制是引入互斥鎖。

 

互斥鎖為資源引入一個狀態：鎖定/非鎖定

 

某個線程要更改共用資料時，先將其鎖定，此時資源的狀態為“鎖定”，其他線程不能更改；直到該線程釋放資源，將資源的狀態變成“非鎖定”，其他的線程才能再次鎖定該資源。互斥鎖保證了每次只有一個線程進行寫入操作，從而保證了多線程情況下資料的正確性。

GIL鎖有三個常用步驟

 

lock = threading.Lock()  # 取得鎖lock.acquire()  # 上鎖lock.release()  # 解鎖

 

下面讓我們用GIL鎖來解決上面例子的安全執行緒問題。

import threadingimport timenum = 0lock = threading.Lock()  # 取得鎖def work1(loop):    global num    for i in range(loop):        # 等價於 num += 1        lock.acquire()  # 上鎖        temp = num        num = temp + 1        lock.release()  # 解鎖    print(num)def work2(loop):    global num    for i in range(loop):        # 等價於 num += 1        lock.acquire()  # 上鎖        temp = num        num = temp + 1        lock.release()  # 解鎖    print(num)if __name__ == ‘__main__‘:    t1 = threading.Thread(target=work1,args=(1000000,))    t2 = threading.Thread(target=work2, args=(1000000,))    t1.start()    t2.start()    while len(threading.enumerate()) != 1:        time.sleep(1)    print(num)輸出：1945267  # 第一個子線程結束後全域變數一共加到這個數2000000  # 第二個子線程結束後全域變數一共加到這個數2000000  # 兩個線程都結束後，全域變數一共加到這個數

 

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