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【2020Python修煉記】python并發編程(五)多執行緒-應用部分

2020-10-04 08:03:58 後端開發

【目錄】

一、 threading模塊介紹

二 、開啟執行緒的兩種方式

三 、在一個行程下開啟多個執行緒與在一個行程下開啟多個子行程的區別

四、 執行緒相關的其他方法

五、守護執行緒 

六、Python GIL(Global Interpreter Lock)

八、同步鎖

九、死鎖現象與遞回鎖

十、執行緒queue

 

一、 threading模塊介紹

行程的multiprocess模塊,完全模仿了threading模塊的介面,二者在使用層面,有很大的相似性,此處省略好多字,,

multiprocess模塊用法回顧:https://www.cnblogs.com/bigorangecc/p/12759151.html

官網鏈接:https://docs.python.org/3/library/threading.html?highlight=threading#

二 、開啟執行緒的兩種方式

1、實體化類創建物件

#方式一
from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
    time.sleep(2)
    print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
    t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
    t.start()
    print('主執行緒')

 

2、類的繼承

#方式二
from threading import Thread
import time
class Sayhi(Thread):
    def __init__(self,name):
        super().__init__()
        self.name=name
    def run(self):
        time.sleep(2)
        print('%s say hello' % self.name)


if __name__ == '__main__':
    t = Sayhi('egon')
    t.start()
    print('主執行緒')

 

三 、在一個行程下開啟多個執行緒與在一個行程下開啟多個子行程的區別

1、比較開啟速度

from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os

def work():
    print('hello')

if __name__ == '__main__':
    #在主行程下開啟執行緒
    t=Thread(target=work)
    t.start()
    print('主執行緒/主行程')
    '''
    列印結果:
    hello
    主執行緒/主行程
    '''

    #在主行程下開啟子行程
    t=Process(target=work)
    t.start()
    print('主執行緒/主行程')
    '''
    列印結果:
    主執行緒/主行程
    hello
    '''
誰的開啟速度快

2、pid

from threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os

def work():
    print('hello',os.getpid())

if __name__ == '__main__':
    #part1:在主行程下開啟多個執行緒,每個執行緒都跟主行程的pid一樣
    t1=Thread(target=work)
    t2=Thread(target=work)
    t1.start()
    t2.start()
    print('主執行緒/主行程pid',os.getpid())

    #part2:開多個行程,每個行程都有不同的pid
    p1=Process(target=work)
    p2=Process(target=work)
    p1.start()
    p2.start()
    print('主執行緒/主行程pid',os.getpid())
瞅一瞅pid

3、同一行程內的執行緒之間共享行程內的資料

from  threading import Thread
from multiprocessing import Process
import os
def work():
    global n
    n=0

if __name__ == '__main__':
    # n=100
    # p=Process(target=work)
    # p.start()
    # p.join()
    # print('主',n) #毫無疑問子行程p已經將自己的全域的n改成了0,但改的僅僅是它自己的,查看父行程的n仍然為100


    n=1
    t=Thread(target=work)
    t.start()
    t.join()
    print('',n) #查看結果為0,因為同一行程內的執行緒之間共享行程內的資料
驗證

 

四、 執行緒相關的其他方法

1、thread實體物件的方法:

1、isAlive(): 回傳執行緒是否活動的,存活的,
2、getName(): 回傳執行緒名,
3、setName(): 設定執行緒名,

2、threading模塊提供的一些方法:

1、threading.currentThread()  

回傳當前的執行緒變數,

2、threading.enumerate() 

回傳一個包含正在運行的執行緒的list,正在運行指執行緒啟動后、結束前,不包括啟動前和終止后的執行緒,

3、threading.activeCount()

回傳正在運行的執行緒數量,與 len(threading.enumerate()) 有相同的結果,

from threading import Thread
import threading
from multiprocessing import Process
import os

def work():
    import time
    time.sleep(3)
    print(threading.current_thread().getName())


if __name__ == '__main__':
    #在主行程下開啟執行緒
    t=Thread(target=work)
    t.start()

    print(threading.current_thread().getName())
    print(threading.current_thread()) #主執行緒
    print(threading.enumerate()) #連同主執行緒在內有兩個運行的執行緒
    print(threading.active_count())
    print('主執行緒/主行程')

    '''
    列印結果:
    MainThread
    <_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>
    [<_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>, <Thread(Thread-1, started 123145307557888)>]
    主執行緒/主行程
    Thread-1
    '''
應用舉例

3、join()的使用——主執行緒等待子執行緒結束

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
    time.sleep(2)
    print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
    t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
    t.start()
    t.join()
    print('主執行緒')
    print(t.is_alive())
    '''
    egon say hello
    主執行緒
    False
    '''
栗子

 

五、守護執行緒 

1、強調

無論是行程還是執行緒,都遵循:守護xxx會等待主xxx運行完畢后被銷毀

需要強調的是:運行完畢(真正的任務已經做完,但還沒有下班) 并非 終止運行(任務已經完成,收拾好東西下班了)

#1.對主行程來說,運行完畢指的是主行程代碼運行完畢

#2.對主執行緒來說,運行完畢指的是主執行緒所在的行程內所有非守護執行緒統統運行完畢,主執行緒才算運行完畢

詳細解釋:

#1 主行程在其代碼結束后就已經算運行完畢了(守護行程在此時就被回收),

     然后主行程會一直等非守護的子行程都運行完畢后回收子行程的資源(否則會產生僵尸行程),才會結束運行,

#2 主執行緒在其他非守護執行緒運行完畢后才算運行完畢(守護執行緒在此時就被回收),

    因為主執行緒的結束意味著行程的結束,行程整體的資源都將被回收,而行程必須保證非守護執行緒都運行完畢后才能結束,

2、兩顆栗子

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
    time.sleep(2)
    print('%s say hello' %name)

if __name__ == '__main__':
    t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
    t.setDaemon(True) #必須在t.start()之前設定
    t.start()

    print('主執行緒')
    print(t.is_alive())
    '''
    主執行緒
    True
    '''
栗子1
from threading import Thread
import time
def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)
    print("end123")

def bar():
    print(456)
    time.sleep(3)
    print("end456")


t1=Thread(target=foo)
t2=Thread(target=bar)

t1.daemon=True
t1.start()
t2.start()
print("main-------")
栗子2——迷人版

 

六、Python GIL (Global Interpreter Lock)

1、強調

# 在Cpython解釋器中,同一個行程下開啟的多執行緒,同一時刻只能有一個執行緒執行,無法利用多核優勢.

# GIL 并不是python的特性,它是在實作python解釋器(cpython)時所引入的一個概念,

    即 GIL 是 python解釋器(cpython)的特性,

2、GIL

GIL 本質就是一把互斥鎖,既然是互斥鎖,所有互斥鎖的本質都一樣,都是將并發運行變成串行,以此來控制同一時間內共享資料只能被一個任務所修改,進而保證資料安全,有了GIL的存在,同一時刻同一行程中只有一個執行緒被執行

可以肯定的一點是:保護不同的資料的安全,就應該加不同的鎖,

參考閱讀:

https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/7449853.html

 

八、同步鎖

1、三個需要注意的點:

#1.GIL & Lock

執行緒搶的是GIL鎖,GIL鎖相當于執行權限,拿到執行權限后才能拿到互斥鎖Lock

其他執行緒也可以搶到GIL,但如果發現Lock仍然沒有被釋放則阻塞,即便是拿到執行權限GIL也要立刻交出來,

(GIL鎖 和 互斥鎖Lock 都搶到 ,才是王道)

#2. join() & Lock 

join是等待所有,即整體串行,而只是鎖住修改共享資料的部分,即部分串行

要想保證資料安全的根本原理在于讓并發變成串行,join與互斥鎖都可以實作,毫無疑問,互斥鎖的部分串行效率要更高

#3. GIL與互斥鎖的經典分析,見本小節末---必看

 

2、Python已經有一個GIL來保證同一時間只能有一個執行緒來執行了,為什么這里還需要lock? 

一個共識 —— 的目的是為了保護共享的資料,同一時間只能有一個執行緒來修改共享的資料

一個結論 —— 保護不同的資料就應該加不同的鎖

明朗答案 —— GIL 與Lock是兩把鎖,保護的資料不一樣,

      前者 GIL 是解釋器級別的(當然保護的就是解釋器級別的資料,比如垃圾回收的資料),

      后者Lock 保護用戶自己開發的應用程式的數據,很明顯GIL不負責這件事,只能用戶自定義加鎖處理,即Lock

 

 3、GIL鎖  VS  互斥鎖Lock ——代碼栗子

鎖通常被用來實作對共享資源的同步訪問,

為每一個共享資源創建一個Lock物件,當你需要訪問該資源時,呼叫acquire方法來獲取鎖物件

(如果其它執行緒已經獲得了該鎖,則當前執行緒需等待其被釋放),待資源訪問完后,再呼叫release方法釋放鎖:

import threading

R=threading.Lock()

R.acquire()
'''
對公共資料的操作
'''
R.release()
from threading import Thread
import os,time
def work():
    global n
    temp=n
    time.sleep(0.1)
    n=temp-1
if __name__ == '__main__':
    n=100
    l=[]
    for i in range(100):
        p=Thread(target=work)
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()

    print(n) #結果可能為99
join/未加鎖
from threading import Thread,Lock
import os,time
def work():
    global n
    lock.acquire()
    temp=n
    time.sleep(0.1)
    n=temp-1
    lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock=Lock()
    n=100
    l=[]
    for i in range(100):
        p=Thread(target=work)
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()

    print(n) #結果肯定為0,由原來的并發執行變成串行,犧牲了執行效率保證了資料安全
加鎖后

GIL鎖與互斥鎖綜合分析:
#1.100個執行緒去搶GIL鎖,即搶執行權限

#2. 肯定有一個執行緒先搶到GIL(暫且稱為執行緒1),然后開始執行,一旦執行就會拿到lock.acquire()

#3. 極有可能執行緒1還未運行完畢,就有另外一個執行緒2搶到GIL,然后開始運行,但執行緒2發現互斥鎖lock還未被執行緒1釋放,于是阻塞,被迫交出執行權限,即釋放GIL

#4.直到執行緒1重新搶到GIL,開始從上次暫停的位置繼續執行,直到正常釋放互斥鎖lock,然后其他的執行緒再重復2 3 4的程序

4、讓并發變成串行——互斥鎖 和 join()的區別

join是等待所有,即整體串行,而鎖只是鎖住修改共享資料的部分,即部分串行,

要想保證資料安全的根本原理在于讓并發變成串行,join與互斥鎖都可以實作,毫無疑問,互斥鎖的部分串行效率要更高

#不加鎖:并發執行,速度快,資料不安全
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
    global n
    print('%s is running' %current_thread().getName())
    temp=n
    time.sleep(0.5)
    n=temp-1


if __name__ == '__main__':
    n=100
    lock=Lock()
    threads=[]
    start_time=time.time()
    for i in range(100):
        t=Thread(target=task)
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()

    stop_time=time.time()
    print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 is running
Thread-2 is running
......
Thread-100 is running
主:0.5216062068939209 n:99
'''


#不加鎖:未加鎖部分并發執行,加鎖部分串行執行,速度慢,資料安全
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
    #未加鎖的代碼并發運行
    time.sleep(3)
    print('%s start to run' %current_thread().getName())
    global n
    #加鎖的代碼串行運行
    lock.acquire()
    temp=n
    time.sleep(0.5)
    n=temp-1
    lock.release()

if __name__ == '__main__':
    n=100
    lock=Lock()
    threads=[]
    start_time=time.time()
    for i in range(100):
        t=Thread(target=task)
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()
    stop_time=time.time()
    print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 is running
Thread-2 is running
......
Thread-100 is running
主:53.294203758239746 n:0
'''

#有的同學可能有疑問:既然加鎖會讓運行變成串行,那么我在start之后立即使用join,就不用加鎖了啊,也是串行的效果啊
#沒錯:在start之后立刻使用jion,肯定會將100個任務的執行變成串行,毫無疑問,最終n的結果也肯定是0,是安全的,但問題是
#start后立即join:任務內的所有代碼都是串行執行的,而加鎖,只是加鎖的部分即修改共享資料的部分是串行的
#單從保證資料安全方面,二者都可以實作,但很明顯是加鎖的效率更高.
from threading import current_thread,Thread,Lock
import os,time
def task():
    time.sleep(3)
    print('%s start to run' %current_thread().getName())
    global n
    temp=n
    time.sleep(0.5)
    n=temp-1


if __name__ == '__main__':
    n=100
    lock=Lock()
    start_time=time.time()
    for i in range(100):
        t=Thread(target=task)
        t.start()
        t.join()
    stop_time=time.time()
    print('主:%s n:%s' %(stop_time-start_time,n))

'''
Thread-1 start to run
Thread-2 start to run
......
Thread-100 start to run
主:350.6937336921692 n:0 #耗時是多么的恐怖
'''
互斥鎖與join的區別

 

九、死鎖現象與遞回鎖——行程和執行緒都有死鎖現象與遞回鎖

所謂死鎖:

是指兩個或兩個以上的行程或執行緒在執行程序中,因爭奪資源而造成的一種互相等待的現象,若無外力作用,它們都將無法推進下去,此時稱系統處于死鎖狀態或系統產生了死鎖,這些永遠在互相等待的行程稱為死鎖行程,如下就是死鎖:

from threading import Thread,Lock
import time
mutexA=Lock()
mutexB=Lock()

class MyThread(Thread):
    def run(self):
        self.func1()
        self.func2()
    def func1(self):
        mutexA.acquire()
        print('\033[41m%s 拿到A鎖\033[0m' %self.name)

        mutexB.acquire()
        print('\033[42m%s 拿到B鎖\033[0m' %self.name)
        mutexB.release()

        mutexA.release()

    def func2(self):
        mutexB.acquire()
        print('\033[43m%s 拿到B鎖\033[0m' %self.name)
        time.sleep(2)

        mutexA.acquire()
        print('\033[44m%s 拿到A鎖\033[0m' %self.name)
        mutexA.release()

        mutexB.release()

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        t=MyThread()
        t.start()

'''
Thread-1 拿到A鎖
Thread-1 拿到B鎖
Thread-1 拿到B鎖
Thread-2 拿到A鎖
然后就卡住,死鎖了
'''
死鎖現象

解決方法——遞回鎖

在Python中為了支持在同一執行緒中多次請求同一資源,python提供了可重入鎖RLock,

這個RLock內部維護著一個Lock和一個counter變數,counter記錄了acquire的次數,從而使得資源可以被多次require,直到一個執行緒所有的acquire都被release,其他的執行緒才能獲得資源,上面的例子如果使用RLock代替Lock,則不會發生死鎖:

mutexA=mutexB=threading.RLock() 

#一個執行緒拿到鎖,counter加1,該執行緒內又碰到加鎖的情況,則counter繼續加1,這期間所有其他執行緒都只能等待,等待該執行緒釋放所有鎖,即counter遞減到0為止

 

十、執行緒 的類 queue

1、執行緒queue

queue佇列 :使用 import queue,用法與行程Queue一樣

     (注意區分——行程的Queue,行程的佇列首字母為大寫Q,執行緒的為小寫q

                   行程中的匯入方法:from multiprocessing import Process,Queue)

2、主要用法

class queue.Queue(maxsize=0  #先進先出

import queue

q=queue.Queue()
q.put('first')
q.put('second')
q.put('third')

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())
'''
結果(先進先出):
first
second
third
'''
View Code

 

class queue.LifoQueue(maxsize=0   #last in fisrt out 

import queue

q=queue.LifoQueue()
q.put('first')
q.put('second')
q.put('third')

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())
'''
結果(后進先出):
third
second
first
'''
View Code

 

class queue.PriorityQueue(maxsize=0   #存盤資料時可設定優先級的佇列

import queue

q=queue.PriorityQueue()
#put進入一個元組,元組的第一個元素是優先級(通常是數字,也可以是非數字之間的比較),數字越小優先級越高
q.put((20,'a'))
q.put((10,'b'))
q.put((30,'c'))

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())
'''
結果(數字越小優先級越高,優先級高的優先出隊):
(10, 'b')
(20, 'a')
(30, 'c')
'''
View Code

 

 

參考資料:

https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/7428877.html

 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/153796.html

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    今天要講的是C++中我最喜歡的一個用法——參考,也叫別名。 參考就是給一個變數名取一個變數名,方便我們間接地使用這個變數。我們可以給一個變數創建N個參考,這N + 1個變數共享了同一塊記憶體區域。(參考型別的變數會占用記憶體空間,占用的記憶體空間的大小和指標型別的大小是相同的。雖然參考是一個物件的別名,但 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:22 more
  • 【C/C++編程筆記】從頭開始學習C ++:初學者完整指南

    眾所周知,C ++的學習曲線陡峭,但是花時間學習這種語言將為您的職業帶來奇跡,并使您與其他開發人員區分開。您會更輕松地學習新語言,形成真正的解決問題的技能,并在編程的基礎上打下堅實的基礎。 C ++將幫助您養成良好的編程習慣(即清晰一致的編碼風格,在撰寫代碼時注釋代碼,并限制類內部的可見性),并且由 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:41 more
最新发布
  • Rust中的智能指標:Box<T> Rc<T> Arc<T> Cell<T> RefCell<T> Weak

    Rust中的智能指標是什么 智能指標(smart pointers)是一類資料結構,是擁有資料所有權和額外功能的指標。是指標的進一步發展 指標(pointer)是一個包含記憶體地址的變數的通用概念。這個地址參考,或 ” 指向”(points at)一些其 他資料 。參考以 & 符號為標志并借用了他們所 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:10 more
  • Java的值傳遞和參考傳遞

    值傳遞不會改變本身,參考傳遞(如果傳遞的值需要實體化到堆里)如果發生修改了會改變本身。 1.基本資料型別都是值傳遞 package com.example.basic; public class Test { public static void main(String[] args) { int ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:04 more
  • [2]SpinalHDL教程——Scala簡單入門

    第一個 Scala 程式 shell里面輸入 $ scala scala> 1 + 1 res0: Int = 2 scala> println("Hello World!") Hello World! 檔案形式 object HelloWorld { /* 這是我的第一個 Scala 程式 * 以 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:58 more
  • 理解函式指標和回呼函式

    理解 函式指標 指向函式的指標。比如: 理解函式指標的偽代碼 void (*p)(int type, char *data); // 定義一個函式指標p void func(int type, char *data); // 宣告一個函式func p = func; // 將指標p指向函式func ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:52 more
  • Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式

    本文首發于公眾號:Hunter后端 原文鏈接:Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類,Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期,比如我們可以提取一個日期欄位的年份,月份,日等資料 Trunc() 的作用則是截取,比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM? JVM,全稱Java Virtual Machine(Java虛擬機),是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊,使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息!

    更新完微信服務號的模板訊息之后,我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了!之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請,沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類: 位元組緩沖流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream 字符緩沖流:BufferedReader,BufferedWriter 緩沖流的基本原理,是在創建流物件時,會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列,通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說,人太懶了,現在基本都不喜歡寫筆記了,但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的,寫的注釋挺全的,應該直接看得懂,就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景:視頻分段傳輸、視頻多段傳輸(理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發,從基本到高級概念,包括簡介,UWP,第一個應用程式,商店,XAML控制元件,資料系結,XAML性能,自適應設計,自適應UI,自適應代碼,檔案管理,SQLite資料庫,應用程式到應用程式通信,應用程式本地化,應用程式 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:35 more