python多線程講解-創新互聯

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什么是線程？

并發與并行

什么是GIL?

為什么要使用多線程？

多線程實例

守護線程

多線程共享全局變量

互斥鎖Lock

RLock遞歸鎖

信號量

python多線程是一個非常重要的知識點，接下來對該部分內容進行梳理。

什么是線程？

線程也叫輕量級進程，是操作系統能夠進行運算調度的最小單位，它被包涵在進程之中，是進程中的實際運作單位。線程自己不擁有系統資源，只擁有一點兒在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源。一個線程可以創建和撤銷另一個線程，同一個進程中的多個線程之間可以并發執行。

并發與并行

并發是快速交替輪換執行（線程看起來是同時在運行，實際上是一個線程遇到耗時的IO等操作時將此線程掛起釋放GIL全局解釋器鎖轉而執行其他線程的過程，這個過程輪換的非常快，所以宏觀上看起來就像是多個線程同時運行），并行是同一時間同時運行（進程可以做到并行運行，充分利用多核cpu的優勢）

什么是GIL?

GIL全稱是全局解釋器鎖，為了解決多線程之間數據完整性和狀態同步而產生的一把鎖。它保證了在同一時刻只有一個線程執行，當其他線程需要運行時必須先拿到這把鎖才能執行，這就保證了數據的完整性和狀態的同步。關于GIL的更多知識可以參考這篇博客。

為什么要使用多線程？

線程在程序中是獨立的、并發的執行流。與分隔的進程相比，進程中線程之間的隔離程度要小，它們共享內存、文件句柄?和其他進程應有的狀態。
因為線程的劃分尺度小于進程，使得多線程程序的并發性高。進程在執行過程之中擁有獨立的內存單元，而多個線程共享內存，從而極大的提升了程序的運行效率。線程比進程具有更高的性能，這是由于同一個進程中的線程都有共性，多個線程共享一個進程的虛擬空間。線程的共享環境包括進程代碼段、進程的共有數據等，利用這些共享的數據，線程之間很容易實現通信。操作系統在創建進程時，必須為改進程分配獨立的內存空間，并分配大量的相關資源，但創建線程則簡單得多。因此，使用多線程來實現并發比使用多進程的性能高得要多。

操作系統在創建進程時，需要為該進程重新分配系統資源，但創建線程的代價則小得多。因此使用多線程來實現多任務并發執行比使用多進程的效率。python語言內置了多線程功能支持，而不是單純地作為底層操作系統的調度方式，從而簡化了python的多線程編程。

多線程實例

普通創建方式：

打印結果如下：

通過打印的順序可以發現，多線程是異步非阻塞的（首先打印task2,再打印task3,最后等待task1執行結束后再結束主線程），主線程的結束并沒有強制結束子線程，是等待子線程結束后才結束主線程。?當我們需要某個線程執行完成再往下面執行，可以手動添加join()方法阻塞主線程，這樣主線程會等待join的線程執行完成再往下執行，下面守護線程會講到join()方法。

自定義線程------繼承threading.Thread類實現自定義線程，其本質是重構Thread類的run方法：

打印結果：

t.start()方法在執行的時候會自動調用run()方法，所以在自定義線程的時候只需要重寫__init__方法和run()方法即可，__init__方法負責接收參數，這些參數最后會傳入run()方法中，根據需要實現自定義功能。

守護線程

這里使用setDaemon(True)把所有的子線程都變成了主線程的守護線程，因此當主線程結束后，子線程也會隨之結束，所以當主線程結束后，整個程序就退出了。

把線程t1設置成守護線程，意味著不管t1線程有沒有運行完成，只要主線程運行結束了，t1線程也會被迫結束，看一下打印結果：

t2、t3線程運行結束后主線程也隨之運行到結尾，此時t1線程還處于sleep狀態，但是由于設置成守護線程了，此時主線程關閉，t1線程也被迫結束，整個程序退出。

但是在這種情況下，可以使用join()方法手動阻塞當前線程，看如下代碼：

使用t1.join()阻塞當前進程，當主線程運行到t1.join()的時候會被阻塞在此處，直到t1線程運行結束，所以就算t1線程設置成了守護線程，主線程也得等到t1線程運行完成后才能往下執行，然后結束主線程，退出程序。打印結果如下：

多線程共享全局變量

一個進程中的多個線程資源是共享的，看下面這個例子：

打印結果如下：

從打印結果可以看出來，全局的變量在work1中做了加法，在work2中打印num的值時顯示的是加法運行之后的值，說明兩個work操作的是同一個變量。從而印證了線程之間的資源是共享的。

雖然有了全局解釋器鎖GIL，但是它不能保證線程數據的安全性，當多個線程操作一個變量的時候，舉個例子有個變量a初始值是1，要對其進行a+=1這個操作可以細分成兩步，a+1 和a=a+1,比如兩個線程對a進行操作，當線程1拿到調度權的時候，對a進行a+1操作，此時線程1交出了調度權，線程2獲取到的執行的機會，同樣對a進行操作，此時的a仍然是1，因為線程1只是做了加法運算還沒有最終把a+1的值賦值給變量a的時候線程2便拿到了調度權，所以線程2做了一次完整的a+=1操作，a的值變成了2，這個時候線程2交出調度權，線程1拿到調度權繼續運行最后的賦值操作，a的值為2。此時發現a做了兩次加法操作，但是最終的值是2，這便產生了臟數據。為了解決這個問題引入線程鎖。

互斥鎖Lock

為了解決線程數據不安全性，引入互斥鎖概念，看如下例子：