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线程的实现（Implementation of Threads）

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小牛编辑
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2023-12-01

在本章中，我们将学习如何在Python中实现线程。

用于线程实现的Python模块

Python线程有时被称为轻量级进程，因为线程占用的内存比进程少得多。 线程允许一次执行多个任务。 在Python中，我们有以下两个在程序中实现线程的模块 -

  • 《_thread》 module

  • 《threading》 module

这两个模块之间的主要区别在于《_thread》模块将线程视为一个函数，而《threading》模块将每个线程视为一个对象，并以面向对象的方式实现它。 此外， 《_thread》模块在低级线程中是有效的，并且具有比《threading》模块更少的能力。

《_thread》 module

在Python的早期版本中，我们有《thread》模块，但在很长一段时间内它被认为是“已弃用”。 鼓励用户使用《threading》模块。 因此，在Python 3中，模块“thread”不再可用。 它已被重命名为“ 《_thread》 ”以解决《_thread》中的向后不兼容问题。

要在《_thread》模块的帮助下生成新线程，我们需要调用它的start_new_thread方法。 借助以下语法可以理解此方法的工作原理 -

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

在这里 -

  • args是一个参数元组

  • kwargs是关键字参数的可选字典

如果我们想在不传递参数的情况下调用函数，那么我们需要在args使用一个空元组args 。

此方法调用立即返回，子线程启动，并使用传递的args列表（如果有）调用函数。 线程在函数返回时终止。

例子 (Example)

以下是使用《_thread》模块生成新线程的示例。 我们在这里使用start_new_thread（）方法。

import _thread
import time
def print_time( threadName, delay):
   count = 0
   while count < 5:
      time.sleep(delay)
      count += 1
      print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))
try:
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
   print ("Error: unable to start thread")
while 1:
   pass

输出 (Output)

以下输出将帮助我们在《_thread》模块的帮助下理解新线程的生成。

Thread-1: Mon Apr 23 10:03:33 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:35 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:35 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:37 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:39 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:39 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:03:41 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:43 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:47 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:03:51 2018

《threading》 module

《threading》模块以面向对象的方式实现，并将每个线程视为对象。 因此，它为线程提供了比“_thread”模块更强大，更高级的支持。 该模块包含在Python 2.4中。

模块中的其他方法

《threading》模块包含《_thread》模块的所有方法，但它也提供了其他方法。 其他方法如下 -

  • threading.activeCount() - 此方法返回活动的线程对象的数量

  • threading.currentThread() - 此方法返回调用者线程控件中的线程对象数。

  • threading.enumerate() - 此方法返回当前活动的所有线程对象的列表。

    • 为了实现线程， 《threading》模块具有Thread类，它提供以下方法 -

    • run() - run（）方法是线程的入口点。

    • start() - start（）方法通过调用run方法启动一个线程。

    • join([time]) - join（）等待线程终止。

    • isAlive() - isAlive（）方法检查线程是否仍在执行。

    • getName() - getName（）方法返回线程的名称。

    • setName() - setName（）方法设置线程的名称。

如何使用模块创建线程？

在本节中，我们将学习如何使用《threading》模块创建线程。 按照以下步骤使用“线程”模块创建新线程 -

  • Step 1 - 在这一步中，我们需要定义Thread类的新子类。

  • Step 2 - 然后，为了添加其他参数，我们需要覆盖__init__(self [,args])方法。

  • Step 3 - 在这一步中，我们需要覆盖run（self [，args]）方法来实现线程在启动时应该做的事情。

    • 现在，在创建新的Thread子类之后，我们可以创建它的一个实例，然后通过调用start()启动一个新线程， start()又调用run()方法。

例子 (Example)

考虑此示例以了解如何使用《threading》模块生成新线程。

import threading
import time
exitFlag = 0
class myThread (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 ("Starting " + self.name)
      print_time(self.name, self.counter, 5)
      print ("Exiting " + self.name)
def print_time(threadName, delay, counter):
   while counter:
      if exitFlag:
         threadName.exit()
      time.sleep(delay)
      print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
      counter -= 1
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print ("Exiting Main Thread")
Starting Thread-1
Starting Thread-2

输出 (Output)

现在，考虑以下输出 -

Thread-1: Mon Apr 23 10:52:09 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:10 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:10 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:11 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:12 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:12 2018
Thread-1: Mon Apr 23 10:52:13 2018
Exiting Thread-1
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:14 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:16 2018
Thread-2: Mon Apr 23 10:52:18 2018
Exiting Thread-2
Exiting Main Thread

各种线程状态的Python程序

有五种线程状态 - 新的，可运行的，运行的，等待的和死的。 在这五个中，我们主要关注三个州 - 跑步，等待和死亡。 线程将其资源置于运行状态，等待处于等待状态的资源; 资源的最终版本，如果执行和获取处于死亡状态。

以下Python程序在start（），sleep（）和join（）方法的帮助下将分别显示线程如何进入running，waiting和dead状态。

Step 1 - 导入必要的模块，“线程”和“时间”

import threading
import time

Step 2 - 定义一个函数，在创建线程时将调用该函数。

def thread_states():
   print("Thread entered in running state")

Step 3 - 我们使用time模块的sleep（）方法让我们的线程等待2秒钟。

time.sleep(2)

Step 4 - 现在，我们创建一个名为T1的线程，它接受上面定义的函数的参数。

T1 = threading.Thread(target=thread_states)

Step 5 - 现在，在start（）函数的帮助下，我们可以启动我们的线程。 它将生成消息，该消息由我们在定义函数时设置。

T1.start()
Thread entered in running state

Step 6 - 现在，最后我们可以在完成执行后使用join（）方法终止线程。

T1.join()

在Python中启动一个线程

在python中，我们可以通过不同的方式启动一个新线程，但其中最简单的一个是将它定义为单个函数。 定义函数后，我们可以将其作为新的threading.Thread对象的目标传递给它。 执行以下Python代码以了解该函数的工作原理 -

import threading
import time
import random
def Thread_execution(i):
   print("Execution of Thread {} started\n".format(i))
   sleepTime = random.randint(1,4)
   time.sleep(sleepTime)
   print("Execution of Thread {} finished".format(i))
for i in range(4):
   thread = threading.Thread(target=Thread_execution, args=(i,))
   thread.start()
   print("Active Threads:" , threading.enumerate())

输出 (Output)

Execution of Thread 0 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>]
Execution of Thread 1 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>,
      <Thread(Thread-3577, started 3080)>]
Execution of Thread 2 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>,
      <Thread(Thread-3577, started 3080)>,
      <Thread(Thread-3578, started 2268)>]
Execution of Thread 3 started
Active Threads:
   [<_MainThread(MainThread, started 6040)>,
      <HistorySavingThread(IPythonHistorySavingThread, started 5968)>,
      <Thread(Thread-3576, started 3932)>,
      <Thread(Thread-3577, started 3080)>,
      <Thread(Thread-3578, started 2268)>,
      <Thread(Thread-3579, started 4520)>]
Execution of Thread 0 finished
Execution of Thread 1 finished
Execution of Thread 2 finished
Execution of Thread 3 finished

Python中的守护程序线程

在Python中实现守护程序线程之前，我们需要了解守护程序线程及其用法。 在计算方面，守护进程是一个后台进程，它处理各种服务的请求，例如数据发送，文件传输等。如果不再需要它，它将处于休眠状态。 同样的任务也可以在非守护程序线程的帮助下完成。 但是，在这种情况下，主线程必须手动跟踪非守护程序线程。 另一方面，如果我们使用守护程序线程，那么主线程可以完全忘记这一点，它将在主线程退出时被终止。 关于守护程序线程的另一个重要观点是，我们可以选择仅将它们用于非必要任务，如果它们没有完成或在它们之间被杀死则不会影响我们。 以下是python中守护程序线程的实现 -

import threading
import time
def nondaemonThread():
   print("starting my thread")
   time.sleep(8)
   print("ending my thread")
def daemonThread():
   while True:
   print("Hello")
   time.sleep(2)
if __name__ == '__main__':
   nondaemonThread = threading.Thread(target = nondaemonThread)
   daemonThread = threading.Thread(target = daemonThread)
   daemonThread.setDaemon(True)
   daemonThread.start()
   nondaemonThread.start()

在上面的代码中，有两个函数，即》nondaemonThread()和》daemonThread() 。 第一个函数打印其状态并在8秒后休眠，而deamonThread（）函数每2秒无限期地打印Hello。 我们可以通过以下输出了解nondaemon和daemon线程之间的区别 -

Hello
starting my thread
Hello
Hello
Hello
Hello
ending my thread
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
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