Python线程threading(Thread类)

前言

几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，每个任务通常是一个程序，每一个运行中的程序就是一个进程，即进程是应用程序的执行实例。现代的操作系统几乎都支持多进程并发执行。注意，并发和并行是两个概念，并行指在同一时刻有多条指令在多个处理器上同时执行；并发是指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。
例如，程序员一边开着开发工具在写程序，一边开着参考手册备查，同时还使用电脑播放音乐……除此之外，每台电脑运行时还有大量底层的支撑性程序在运行……这些进程看上去像是在同时工作。但事实的真相是，对于一个 CPU 而言，在某个时间点它只能执行一个程序。也就是说，只能运行一个进程，CPU 不断地在这些进程之间轮换执行。那么，为什么用户感觉不到任何中断呢？这是因为相对人的感觉来说，CPU 的执行速度太快了（如果启动的程序足够多，则用户依然可以感觉到程序的运行速度下降了）。所以，虽然 CPU 在多个进程之间轮换执行，但用户感觉到好像有多个进程在同时执行。

线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程。在多线程中，会有一个主线程来完成整个进程从开始到结束的全部操作，而其他的线程会在主线程的运行过程中被创建或退出。当进程被初始化后，主线程就被创建了，对于绝大多数的应用程序来说，通常仅要求有一个主线程，但也可以在进程内创建多个顺序执行流，这些顺序执行流就是线程。当一个进程里只有一个线程时，叫作单线程。超过一个线程就叫作多线程。每个线程必须有自己的父进程，且它可以拥有自己的堆栈、程序计数器和局部变量，但不拥有系统资源，因为它和父进程的其他线程共享该进程所拥有的全部资源。线程可以完成一定的任务，可以与其他线程共享父进程中的共享变量及部分环境，相互之间协同完成进程所要完成的任务。多个线程共享父进程里的全部资源，会使得编程更加方便，需要注意的是，要确保线程不会妨碍同一进程中的其他线程。线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还有其他线程存在。线程的运行是抢占式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可能被挂起，以便另外一个线程可以运行。多线程也是并发执行的，即同一时刻，Python 主程序只允许有一个线程执行，这和全局解释器锁有关系，后续会做详细介绍。
一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发运行。从逻辑的角度来看，多线程存在于一个应用程序中，让一个应用程序可以有多个执行部分同时执行，但操作系统无须将多个线程看作多个独立的应用，对多线程实现调度和管理以及资源分配，线程的调度和管理由进程本身负责完成。

简而言之，进程和线程的关系是这样的：操作系统可以同时执行多个任务，每一个任务就是一个进程，进程可以同时执行多个任务，每一个任务就是一个线程。

Python创建线程 threading

Python 中，有关线程开发的部分被单独封装到了模块中，和线程相关的模块有以下 2 个：
​​​_thread​​​：是 Python 3 以前版本中 thread 模块的重命名，此模块仅提供了低级别的、原始的线程支持，以及一个简单的锁。功能比较有限。正如它的名字所暗示的（以 _ 开头），一般不建议使用 thread 模块；
​​​threading​​：Python 3 之后的线程模块，提供了功能丰富的多线程支持，推荐使用。

本节就以 threading 模块为例进行讲解。Python 主要通过两种方式来创建线程：

• 使用 threading 模块中 Thread 类的构造器创建线程。即直接对类 threading.Thread 进行实例化创建线程，并调用实例化对象的 start() 方法启动线程。
• 继承 threading 模块中的 Thread 类创建线程类。即用 threading.Thread 派生出一个新的子类，将新建类实例化创建线程，并调用其 start() 方法启动线程。

调用Thread类的构造器创建线程

Thread 类提供了如下的 ​​__init__()​​​构造器，可以用来创建线程：​​__init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs=None, *,daemon=None)​​ 此构造方法中，以上所有参数都是可选参数，即可以使用，也可以忽略。其中各个参数的含义如下：

• group：指定所创建的线程隶属于哪个线程组（此参数尚未实现，无需调用）；
• target：指定所创建的线程要调度的目标方法（最常用）；
• args：以元组的方式，为 target 指定的方法传递参数；
• kwargs：以字典的方式，为 target 指定的方法传递参数；
• daemon：指定所创建的线程是否为后代线程。
  这些参数，初学者只需记住 target、args、kwargs 这 3 个参数的功能即可。

下面程序演示了如何使用 Thread 类的构造方法创建一个线程：

import threading
#定义线程要调用的方法，*add可接收多个以非关键字方式传入的参数
def action(*add):
for arc in add:
#调用 getName() 方法获取当前执行该程序的线程名
print(threading.current_thread().getName() +" "+ arc)
#定义为线程方法传入的参数
my_tuple = ("Http://c.biancheng.net/python/",\
"http://c.biancheng.net/shell/",\
"http://c.biancheng.net/java/")
#创建线程
thread = threading.Thread(target = action,args =my_tuple)

有关 Thread 类提供的和线程有关的方法，可阅读​ ​Python Thread手册​​​，由于不是本节重点，这里不再进行详细介绍。
由此就创建好了一个线程。但是线程需要手动启动才能运行，threading 模块提供了 start() 方法用来启动线程。因此在上面程序的基础上，添加如下语句：thread.start()
再次执行程序，

其输出结果为：

Thread-1 http://c.biancheng.net/python/
Thread-1 http://c.biancheng.net/shell/
Thread-1 http://c.biancheng.net/java/

可以看到，新创建的 thread 线程（线程名为 Thread-1）执行了 action() 函数。
默认情况下，主线程的名字为 MainThread，用户启动的多个线程的名字依次为 Thread-1、Thread-2、Thread-3、…、Thread-n 等。

为了使 thread 线程的作用更加明显，可以继续在上面程序的基础上添加如下代码，让主线程和新创建线程同时工作：

for i in range(5):
print(threading.current_thread().getName())

再次执行程序，其输出结果为：

MainThreadThread-1 http://c.biancheng.net/python/
MainThreadThread-1 http://c.biancheng.net/shell/
MainThreadThread-1 http://c.biancheng.net/java/
MainThread
MainThread

可以看到，当前程序中有 2 个线程，分别为主线程 MainThread 和子线程 Thread-1，它们以并发方式执行，即 Thread-1 执行一段时间，然后 MainThread 执行一段时间。通过轮流获得 CPU 执行一段时间的方式，程序的执行在多个线程之间切换，从而给用户一种错觉，即多个线程似乎同时在执行。
如果程序中不显式创建任何线程，则所有程序的执行，都将由主线程 MainThread 完成，程序就只能按照顺序依次执行。

继承Thread类创建线程类

通过继承 Thread 类，我们可以自定义一个线程类，从而实例化该类对象，获得子线程。需要注意的是，在创建 Thread 类的子类时，必须重写从父类继承得到的 run() 方法。因为该方法即为要创建的子线程执行的方法，其功能如同第一种创建方法中的 action() 自定义函数。

下面程序，演示了如何通过继承 Thread 类创建并启动一个线程：

import threading
#创建子线程类，继承自 Thread 类
class my_Thread(threading.Thread):
def __init__(self,add):
threading.Thread.__init__(self)
self.add = add
# 重写run()方法
def run(self):
for arc in self.add:
#调用 getName() 方法获取当前执行该程序的线程名
print(threading.current_thread().getName() +" "+ arc)
#定义为 run() 方法传入的参数
my_tuple = ("http://c.biancheng.net/python/",\
"http://c.biancheng.net/shell/",\
"http://c.biancheng.net/java/")
#创建子线程
mythread = my_Thread(my_tuple)
#启动子线程
mythread.start()
#主线程执行此循环
for i in range(5):
print(threading.current_thread().getName())

程序执行结果为：

MainThreadThread-1 http://c.biancheng.net/python/
MainThreadThread-1 http://c.biancheng.net/shell/
MainThreadThread-1 http://c.biancheng.net/java/
MainThread
MainThread

此程序中，子线程 Thread-1 执行的是 run() 方法中的代码，而 MainThread 执行的是主程序中的代码，它们以快速轮换 CPU 的方式在执行。

Thread join()用法

如何通过 Thread 类创建并启动一个线程，当时给读者用如下的程序进行演示：

import threading
#定义线程要调用的方法，*add可接收多个以非关键字方式传入的参数
def action(*add):
    for arc in add:
        #调用 getName() 方法获取当前执行该程序的线程名
        print(threading.current_thread().getName() +" "+ arc)
#定义为线程方法传入的参数
my_tuple = ("http://c.biancheng.net/python/",\
            "http://c.biancheng.net/shell/",\
            "http://c.biancheng.net/java/")
#创建线程
thread = threading.Thread(target = action,args =my_tuple)
#启动线程
thread.start()
#主线程执行如下语句
for i in range(5):
    print(threading.current_thread().getName())

程序执行结果为（不唯一）：

Thread-1 http://c.biancheng.net/python/MainThread
Thread-1 http://c.biancheng.net/shell/MainThread
Thread-1 http://c.biancheng.net/java/MainThread
MainThread
MainThread

可以看到，我们用 Thread 类创建了一个线程（线程名为 Thread-1），其任务是执行 action() 函数。同时，我们也给主线程 MainThread 安排了循环任务（第 16、17 行）。通过前面的学习我们知道，主线程 MainThread 和子线程 Thread-1 会轮流获得 CPU 资源，因此该程序的输出结果才会向上面显示的这样。
但是，如果我们想让 Thread-1 子线程先执行，然后再让 MainThread 执行第 16、17 行代码，该如何实现呢？很简单，通过调用线程对象的 join() 方法即可。
join() 方法的功能是在程序指定位置，优先让该方法的调用者使用 CPU 资源。该方法的语法格式如下：thread.join( [timeout] )

其中，thread 为 Thread 类或其子类的实例化对象；timeout 参数作为可选参数，其功能是指定 thread 线程最多可以霸占 CPU 资源的时间（以秒为单位），如果省略，则默认直到 thread 执行结束（进入死亡状态）才释放 CPU 资源。

举个例子，修改上面的代码，如下所示：

import threading
#定义线程要调用的方法，*add可接收多个以非关键字方式传入的参数
def action(*add):
for arc in add:
#调用 getName() 方法获取当前执行该程序的线程名
print(threading.current_thread().getName() +" "+ arc)
#定义为线程方法传入的参数
my_tuple = ("http://c.biancheng.net/python/",\
"http://c.biancheng.net/shell/",\
"http://c.biancheng.net/java/")
#创建线程
thread = threading.Thread(target = action,args =my_tuple)
#启动线程
thread.start()
#指定 thread 线程优先执行完毕
thread.join()
#主线程执行如下语句
for i in range(5):
print(threading.current_thread().getName())

程序执行结果为：

Thread-1 http://c.biancheng.net/python/
Thread-1 http://c.biancheng.net/shell/
Thread-1 http://c.biancheng.net/java/
MainThread
MainThread
MainThread
MainThread
MainThread

程序中第 16 行的位置，thread 线程调用了 join() 方法，并且没有指定具体的 timeout 参数值。这意味着如果程序想继续往下执行，必须先执行完 thread 线程。

到此这篇关于Python线程threading(Thread类)的文章就介绍到这了,更多相关Python线程 内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！