在Python下嘗試多線程編程

 　　這篇文章主要介紹了在Python下多線程編程的嘗試,由於GIL的存在,多線程在Python開發領域一直是個熱門問題,需要的朋友可以參考下

　　多任務可以由多進程完成，也可以由一個進程內的多線程完成。

　　我們前面提到了進程是由若干線程組成的，一個進程至少有一個線程。

　　由於線程是操作系統直接支持的執行單元，因此，高級語言通常都內置多線程的支持，Python也不例外，並且，Python的線程是真正的Posix Thread，而不是模擬出來的線程。

　　Python的標准庫提供了兩個模塊：thread和threading，thread是低級模塊，threading是高級模塊，對thread進行了封裝。絕大多數情況下，我們只需要使用threading這個高級模塊。

　　啟動一個線程就是把一個函數傳入並創建Thread實例，然後調用start()開始執行：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 import time, threading   # 新線程執行的代碼: def loop(): print 'thread %s is running...' % threading.current_thread().name n = 0 while n < 5: n = n + 1 print 'thread %s >>> %s' % (threading.current_thread().name, n) time.sleep(1) print 'thread %s ended.' % threading.current_thread().name   print 'thread %s is running...' % threading.current_thread().name t = threading.Thread(target=loop, name='LoopThread') t.start() t.join() print 'thread %s ended.' % threading.current_thread().name

　　執行結果如下：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 thread MainThread is running... thread LoopThread is running... thread LoopThread >>> 1 thread LoopThread >>> 2 thread LoopThread >>> 3 thread LoopThread >>> 4 thread LoopThread >>> 5 thread LoopThread ended. thread MainThread ended.

　　由於任何進程默認就會啟動一個線程，我們把該線程稱為主線程，主線程又可以啟動新的線程，Python的threading模塊有個current_thread()函數，它永遠返回當前線程的實例。主線程實例的名字叫MainThread，子線程的名字在創建時指定，我們用LoopThread命名子線程。名字僅僅在打印時用來顯示，完全沒有其他意義，如果不起名字Python就自動給線程命名為Thread-1，Thread-2……

　　Lock

　　多線程和多進程最大的不同在於，多進程中，同一個變量，各自有一份拷貝存在於每個進程中，互不影響，而多線程中，所有變量都由所有線程共享，所以，任何一個變量都可以被任何一個線程修改，因此，線程之間共享數據最大的危險在於多個線程同時改一個變量，把內容給改亂了。

　　來看看多個線程同時操作一個變量怎麼把內容給改亂了：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 import time, threading     # 假定這是你的銀行存款: balance = 0   def change_it(n): # 先存後取，結果應該為0: global balance balance = balance + n balance = balance - n   def run_thread(n): for i in range(100000): change_it(n)   t1 = threading.Thread(target=run_thread, args=(5,)) t2 = threading.Thread(target=run_thread, args=(8,)) t1.start() t2.start() t1.join() t2.join() print balance

　　我們定義了一個共享變量balance，初始值為0，並且啟動兩個線程，先存後取，理論上結果應該為0，但是，由於線程的調度是由操作系統決定的，當t1、t2交替執行時，只要循環次數足夠多，balance的結果就不一定是0了。

　　原因是因為高級語言的一條語句在CPU執行時是若干條語句，即使一個簡單的計算：

　　?

1 balance = balance + n

　　也分兩步：

　　計算balance + n，存入臨時變量中;

　　將臨時變量的值賦給balance。

　　也就是可以看成：

　　?

1 2 x = balance + n balance = x

　　由於x是局部變量，兩個線程各自都有自己的x，當代碼正常執行時：

　　初始值 balance = 0

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 t1: x1 = balance + 5 # x1 = 0 + 5 = 5 t1: balance = x1 # balance = 5 t1: x1 = balance - 5 # x1 = 5 - 5 = 0 t1: balance = x1 # balance = 0   t2: x2 = balance + 8 # x2 = 0 + 8 = 8 t2: balance = x2 # balance = 8 t2: x2 = balance - 8 # x2 = 8 - 8 = 0 t2: balance = x2 # balance = 0

　　結果 balance = 0

　　但是t1和t2是交替運行的，如果操作系統以下面的順序執行t1、t2：

　　初始值 balance = 0

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 t1: x1 = balance + 5 # x1 = 0 + 5 = 5   t2: x2 = balance + 8 # x2 = 0 + 8 = 8 t2: balance = x2 # balance = 8   t1: balance = x1 # balance = 5 t1: x1 = balance - 5 # x1 = 5 - 5 = 0 t1: balance = x1 # balance = 0   t2: x2 = balance - 5 # x2 = 0 - 5 = -5 t2: balance = x2 # balance = -5

　　結果 balance = -5

　　究其原因，是因為修改balance需要多條語句，而執行這幾條語句時，線程可能中斷，從而導致多個線程把同一個對象的內容改亂了。

　　兩個線程同時一存一取，就可能導致余額不對，你肯定不希望你的銀行存款莫名其妙地變成了負數，所以，我們必須確保一個線程在修改balance的時候，別的線程一定不能改。

　　如果我們要確保balance計算正確，就要給change_it()上一把鎖，當某個線程開始執行change_it()時，我們說，該線程因為獲得了鎖，因此其他線程不能同時執行change_it()，只能等待，直到鎖被釋放後，獲得該鎖以後才能改。由於鎖只有一個，無論多少線程，同一時刻最多只有一個線程持有該鎖，所以，不會造成修改的沖突。創建一個鎖就是通過threading.Lock()來實現：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 balance = 0 lock = threading.Lock()