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理解Python中的线程

我们将会看到一些在Python中使用线程的实例和如何避免线程之间的竞争。

  你应当将下边的例子运行多次,以便可以注意到线程是不可预测的和线程每次运行出的不同结果。声明:从这里开始忘掉你听到过的关于GIL的东西,因为GIL不会影响到我想要展示的东西。

  示例1

  我们将要请求五个不同的url:

  单线程

import time
import urllib2

def get_responses():
    urls = [
        'http://HdhCmsTestgoogle测试数据',
        'http://HdhCmsTestamazon测试数据',
        'http://HdhCmsTestebay测试数据',
        'http://HdhCmsTestalibaba测试数据',
        'http://HdhCmsTestreddit测试数据'
    ]
    start = time.time()
    for url in urls:
        print url
        resp = urllib2.urlopen(url)
        print resp.getcode()
    print "Elapsed time: %s" % (time.time()-start)

get_responses() 

   输出是:

http://HdhCmsTestgoogle测试数据 200
http://HdhCmsTestamazon测试数据 200
http://HdhCmsTestebay测试数据 200
http://HdhCmsTestalibaba测试数据 200
http://HdhCmsTestreddit测试数据 200
Elapsed time: 3.0814409256 

  解释:

url顺序的被请求

除非cpu从一个url获得了回应,否则不会去请求下一个url

网络请求会花费较长的时间,所以cpu在等待网络请求的返回时间内一直处于闲置状态。

  多线程

import urllib2
import time
from threading import Thread

class GetUrlThread(Thread):
    def __init__(self, url):
        self.url = url 
        super(GetUrlThread, self).__init__()

    def run(self):
        resp = urllib2.urlopen(self.url)
        print self.url, resp.getcode()

def get_responses():
    urls = [
        'http://HdhCmsTestgoogle测试数据', 
        'http://HdhCmsTestamazon测试数据', 
        'http://HdhCmsTestebay测试数据', 
        'http://HdhCmsTestalibaba测试数据', 
        'http://HdhCmsTestreddit测试数据'
    ]
    start = time.time()
    threads = []
    for url in urls:
        t = GetUrlThread(url)
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()
    print "Elapsed time: %s" % (time.time()-start)

get_responses() 

   输出:

http://HdhCmsTestreddit测试数据 200
http://HdhCmsTestgoogle测试数据 200
http://HdhCmsTestamazon测试数据 200
http://HdhCmsTestalibaba测试数据 200
http://HdhCmsTestebay测试数据 200
Elapsed time: 0.689890861511 

  解释:

意识到了程序在执行时间上的提升

我们写了一个多线程程序来减少cpu的等待时间,当我们在等待一个线程内的网络请求返回时,这时cpu可以切换到其他线程去进行其他线程内的网络请求。

我们期望一个线程处理一个url,所以实例化线程类的时候我们传了一个url。

线程运行意味着执行类里的 run() 方法。

无论如何我们想每个线程必须执行 run() 。

为每个url创建一个线程并且调用 start() 方法,这告诉了cpu可以执行线程中的 run() 方法了。

我们希望所有的线程执行完毕的时候再计算花费的时间,所以调用了 join() 方法。

join() 可以通知主线程等待这个线程结束后,才可以执行下一条指令。

每个线程我们都调用了 join() 方法,所以我们是在所有线程执行完毕后计算的运行时间。

  关于线程:

cpu可能不会在调用 start() 后马上执行 run() 方法。

你不能确定 run() 在不同线程建间的执行顺序。

对于单独的一个线程,可以保证 run() 方法里的语句是按照顺序执行的。

这就是因为线程内的url会首先被请求,然后打印出返回的结果。

  实例2

  我们将会用一个程序演示一下多线程间的资源竞争,并修复这个问题。

from threading import Thread

#define a global variable
some_var = 0 

class IncrementThread(Thread):
    def run(self):
        #we want to read a global variable
        #and then increment it
        global some_var
        read_value = some_var
        print "some_var in %s is %d" % (self.name, read_value)
        some_var = read_value + 1 
        print "some_var in %s after increment is %d" % (self.name, some_var)

def use_increment_thread():
    threads = []
    for i in range(50):
        t = IncrementThread()
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()
    print "After 50 modifications, some_var should have become 50"
    print "After 50 modifications, some_var is %d" % (some_var,)

use_increment_thread() 

  多次运行这个程序,你会看到多种不同的结果。

  解释:

有一个全局变量,所有的线程都想修改它。

所有的线程应该在这个全局变量上加 1 。

有50个线程,最后这个数值应该变成50,但是它却没有。

  为什么没有达到50?

在 some_var 是 15 的时候,线程 t1 读取了 some_var ,这个时刻cpu将控制权给了另一个线程 t2 。

t2 线程读到的 some_var 也是 15

t1 和 t2 都把 some_var 加到 16

当时我们期望的是 t1 t2 两个线程使 some_var + 2 变成 17

在这里就有了资源竞争。

相同的情况也可能发生在其它的线程间,所以出现了最后的结果小于 50 的情况。

  解决资源竞争

from threading import Lock, Thread
lock = Lock()
some_var = 0 

class IncrementThread(Thread):
    def run(self):
        #we want to read a global variable
        #and then increment it
        global some_var
        lock.acquire()
        read_value = some_var
        print "some_var in %s is %d" % (self.name, read_value)
        some_var = read_value + 1 
        print "some_var in %s after increment is %d" % (self.name, some_var)
        lock.release()

def use_increment_thread():
    threads = []
    for i in range(50):
        t = IncrementThread()
        threads.append(t)
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()
    print "After 50 modifications, some_var should have become 50"
    print "After 50 modifications, some_var is %d" % (some_var,)

use_increment_thread() 

  再次运行这个程序,达到了我们预期的结果。

  解释:

Lock 用来防止竞争条件

如果在执行一些操作之前,线程 t1 获得了锁。其他的线程在 t1 释放Lock之前,不会执行相同的操作

我们想要确定的是一旦线程 t1 已经读取了 some_var ,直到 t1 完成了修改 some_var ,其他的线程才可以读取 some_var

这样读取和修改 some_var 成了逻辑上的原子操作。

  实例3

  让我们用一个例子来证明一个线程不能影响其他线程内的变量(非全局变量)。

  time.sleep()可以使一个线程挂起,强制线程切换发生。

from threading import Thread
import time

class CreateListThread(Thread):
    def run(self):
        self.entries = []
        for i in range(10):
            time.sleep(1)
            self.entries.append(i)
        print self.entries

def use_create_list_thread():
    for i in range(3):
        t = CreateListThread()
        t.start()

use_create_list_thread() 

  运行几次后发现并没有打印出争取的结果。当一个线程正在打印的时候,cpu切换到了另一个线程,所以产生了不正确的结果。我们需要确保 print self.entries 是个逻辑上的原子操作,以防打印时被其他线程打断。

  我们使用了Lock(),来看下边的例子。

from threading import Thread, Lock
import time

lock = Lock()

class CreateListThread(Thread):
    def run(self):
        self.entries = []
        for i in range(10):
            time.sleep(1)
            self.entries.append(i)
        lock.acquire()
        print self.entries
        lock.release()

def use_create_list_thread():
    for i in range(3):
        t = CreateListThread()
        t.start()

use_create_list_thread() 

  这次我们看到了正确的结果。证明了一个线程不可以修改其他线程内部的变量(非全局变量)。

  原文出处: Akshar Raaj

以上就是理解 Python 中的线程的详细内容,更多请关注Gxl网其它相关文章!

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