Python 多線程超詳細(xì)到位總結(jié)
在實際處理數(shù)據(jù)時，因系統(tǒng)內(nèi)存有限，我們不可能一次把所有數(shù)據(jù)都導(dǎo)出進行操作，所以需要批量導(dǎo)出依次操作。為了加快運行，我們會采用多線程的方法進行數(shù)據(jù)處理，以下為我總結(jié)的多線程批量處理數(shù)據(jù)的模板：
import threading
# 從數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)的類
class Scheduler():
def __init__(self):
self._lock = threading.RLock()
self.start = 0
# 每次取10000條數(shù)據(jù)
self.step = 10000
def getdata(self):
# 上鎖，以免多線程同時對數(shù)據(jù)庫進行訪問，取出重復(fù)數(shù)據(jù)
self._lock.acquire()
# 進行取數(shù)據(jù)操作
data = 'select * from table' \
'where id between self.start and self.start + self.step'
# 取完數(shù)據(jù)后，指針后移
self.start += self.step
self._lock.release()
return data
# 處理數(shù)據(jù)的過程寫在這里
def processdata():
# 從該實例中提取數(shù)據(jù)
data = scheduler.getdata()
while data:
# 進行處理數(shù)據(jù)的具體操作:
# 去重、補缺、運算...只要還有數(shù)據(jù)，本線程就繼續(xù)取新數(shù)據(jù)
# 然后再獲取數(shù)據(jù)，進行循環(huán)
data = scheduler.getdata()
# 創(chuàng)建多線程，threads_num為創(chuàng)建的線程數(shù)
def threads_scheduler(threads_num):
threads = []
for i in range(threads_num):
# 創(chuàng)建線程
td = threading.Thread(target=processdata, name='th'+str(i+1))
threads.append(td)
for t in threads:
# 啟動線程
t.start()
for t in threads:
# 子線程守護
t.join()
print('數(shù)據(jù)已全部處理成功')
if __name__=='__main__':
# 實例化一個調(diào)度器，初始化參數(shù)
scheduler = Scheduler()
# 創(chuàng)建線程，開始處理數(shù)據(jù)
threads_scheduler(4)
主要分為三大部分：
- Scheduler類，負(fù)責(zé)初始化參數(shù)，getdata方法負(fù)責(zé)提取數(shù)據(jù)
- processdata方法中寫具體處理數(shù)據(jù)的流程
- threads_scheduler方法負(fù)責(zé)創(chuàng)建線程
Python多線程的知識我分為4部分進行講解，以下帶大家來回顧重點：
多線程threading
本章先為大家介紹了線程的相關(guān)概念:
主線程：當(dāng)一個程序啟動時，就有一個進程被操作系統(tǒng)（OS）創(chuàng)建，與此同時一個線程也立刻運行，該線程通常叫做程序的主線程（Main Thread）。因為它是程序開始時就執(zhí)行的，如果你需要再創(chuàng)建線程，那么創(chuàng)建的線程就是這個主線程的子線程。
子線程：使用threading、ThreadPoolExecutor創(chuàng)建的線性均為子線程。
主線程的重要性體現(xiàn)在兩方面：1.是產(chǎn)生其他子線程的線程；2.通常它必須最后完成執(zhí)行，比如執(zhí)行各種關(guān)閉動作。
在飛車程序中，如果沒有多線程，我們就不能一邊聽歌一邊玩飛車，聽歌與玩游戲不能并行；在使用多線程后，我們就可以在玩游戲的同時聽背景音樂。在這個例子中啟動飛車程序就是一個進程，玩游戲和聽音樂是兩個線程。
Python提供了threading模塊來實現(xiàn)多線程:threading.Thread可以創(chuàng)建線程；setDaemon(True)為守護主線程，默認(rèn)為False；join()為守護子線程。
from time import sleep
import threading
def music(music_name):
for i in range(2):
print('正在聽{}'.format(music_name))
sleep(1)
print('music over')
def game(game_name):
for i in range(2):
print('正在玩{}'.format(game_name))
sleep(3)
print('game over')
threads = []
t1 = threading.Thread(target=music,args=('稻香',))
threads.append(t1)
t2 = threading.Thread(target=game,args=('飛車',))
threads.append(t2)
if __name__ == '__main__':
for t in threads:
# t.setDaemon(True)
t.start()
for t in threads:
t.join()
print('主線程運行結(jié)束')
線程池
因為新建線程系統(tǒng)需要分配資源、終止線程系統(tǒng)需要回收資源，所以如果可以重用線程，則可以減去新建/終止的開銷以提升性能。同時，使用線程池的語法比自己新建線程執(zhí)行線程更加簡潔。
Python為我們提供了ThreadPoolExecutor來實現(xiàn)線程池，此線程池默認(rèn)子線程守護。它的適應(yīng)場景為突發(fā)性大量請求或需要大量線程完成任務(wù)，但實際任務(wù)處理時間較短。
from time import sleep # fun為定義的待運行函數(shù) with ThreadPoolExecutor(max_workers=5) as executor: ans = executor.map(fun, [遍歷值]) for res in ans: print(res) with ThreadPoolExecutor(max_workers=5) as executor: list = [遍歷值] ans = [executor.submit(fun, i) for i in list] for res in as_completed(ans): print(res.result())
其中max_workers為線程池中的線程個數(shù)，常用的遍歷方法有map和submit+as_completed。根據(jù)業(yè)務(wù)場景的不同，若我們需要輸出結(jié)果按遍歷順序返回，我們就用map方法，若想誰先完成就返回誰，我們就用submit+as_complete方法。
線程互斥
我們把一個時間段內(nèi)只允許一個線程使用的資源稱為臨界資源，對臨界資源的訪問，必須互斥的進行。互斥，也稱間接制約關(guān)系。線程互斥指當(dāng)一個線程訪問某臨界資源時，另一個想要訪問該臨界資源的線程必須等待。當(dāng)前訪問臨界資源的線程訪問結(jié)束，釋放該資源之后，另一個線程才能去訪問臨界資源。鎖的功能就是實現(xiàn)線程互斥。
我把線程互斥比作廁所包間上大號的過程，因為包間里只有一個坑，所以只允許一個人進行大號。當(dāng)?shù)谝粋€人要上廁所時，會將門上上鎖，這時如果第二個人也想大號，那就必須等第一個人上完，將鎖解開后才能進行，在這期間第二個人就只能在門外等著。這個過程與代碼中使用鎖的原理如出一轍，這里的坑就是臨界資源。
Python 的 threading 模塊引入了鎖。threading 模塊提供了 Lock 類，它有如下方法加鎖和釋放鎖：
- acquire()：對 Lock加鎖，其中timeout參數(shù)指定加鎖多少秒
- release()：釋放鎖
class Account:
def __init__(self, card_id, balance):
# 封裝賬戶ID、賬戶余額的兩個變量
self.card_id= card_id
self.balance = balance
def withdraw(account, money):
# 進行加鎖
lock.acquire()
# 賬戶余額大于取錢數(shù)目
if account.balance >= money:
# 吐出鈔票
print(threading.current_thread().name + "取錢成功！吐出鈔票:" + str(money),end=' ')
# 修改余額
account.balance -= money
print("\t余額為: " + str(account.balance))
else:
print(threading.current_thread().name + "取錢失??！余額不足")
# 進行解鎖
lock.release()
# 創(chuàng)建一個賬戶，銀行卡id為8888，存款1000元
acct = Account("8888" , 1000)
# 模擬兩個對同一個賬戶取錢
# 在主線程中創(chuàng)建一把鎖
lock = threading.Lock()
threading.Thread(name='窗口A', target=withdraw , args=(acct , 800)).start()
threading.Thread(name='窗口B', target=withdraw , args=(acct , 800)).start()
lock與Rlock的區(qū)別
區(qū)別一：Lock被稱為原始鎖，一個線程只能請求一次；RLock被稱為重入鎖，可以被一個線程請求多次，即鎖中可以嵌套鎖。
import threading
def main():
lock.acquire()
print('第一道鎖')
lock.acquire()
print('第二道鎖')
lock.release()
lock.release()
if __name__ == '__main__':
lock = threading.Lock()
main()
我們會發(fā)現(xiàn)這個程序只會打印“第一道鎖”，而且程序既沒有終止，也沒有繼續(xù)運行。這是因為Lock鎖在同一線程內(nèi)第一次加鎖之后還沒有釋放時，就進行了第二次acquire請求，導(dǎo)致無法執(zhí)行release，所以鎖永遠(yuǎn)無法釋放，這就是死鎖。如果我們使用RLock就能正常運行，不會發(fā)生死鎖的狀態(tài)。
區(qū)別二：當(dāng)Lock處于鎖定狀態(tài)時，不屬于特定線程，可在另一個線程中進行解鎖釋放；而RLock只有當(dāng)前線程才能釋放本線程上的鎖，不可由其他線程進行釋放，所以在使用RLock時，acquire與release必須成對出現(xiàn)，即解鈴還須系鈴人。
import threading
def main():
lock.release()
print("在子線程解鎖后打印")
if __name__ == '__main__':
lock = threading.Lock()
lock.acquire()
t = threading.Thread(target=main)
t.start()
在主線程中定義Lock鎖，然后上鎖，再創(chuàng)建一個子線程t運行main函數(shù)釋放鎖，結(jié)果正常輸出，說明主線程上的鎖，可由子線程解鎖。
如果把上面的鎖改為RLock則報錯。在實際中設(shè)計程序時，我們會將每個功能分別封裝成一個函數(shù)，每個函數(shù)中都可能會有臨界區(qū)域，所以就需要用到RLock。
import threading
import time
def fun_1():
print('開始')
time.sleep(1)
lock.acquire()
print("第一道鎖")
fun_2()
lock.release()
def fun_2():
lock.acquire()
print("第二道鎖")
lock.release()
if __name__ == '__main__':
lock = threading.RLock()
t1 = threading.Thread(target=fun_1)
t2 = threading.Thread(target=fun_1)
t1.start()
t2.start()
一句話總結(jié)就是Lock不能套娃，RLock可以套娃；Lock可以由其他線程中的鎖進行操作，RLock只能由本線程進行操作。
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