并发进程之多线程

一 什么是线程

在传统操作系统中，每个进程有一个地址空间，而且默认就有一个控制线程

线程顾名思义，就是一条流水线工作的过程（流水线的工作需要电源，电源就相当于cpu），而一条流水线必须属于一个车间，一个车间的工作过程是一个进程，车间负责把资源整合到一起，是一个资源单位，而一个车间内至少有一条流水线。

所以，进程只是用来把资源集中到一起（进程只是一个资源单位，或者说资源集合），而线程才是cpu上的执行单位。

多线程（即多个控制线程）的概念是，在一个进程中存在多个线程，多个线程共享该进程的地址空间，相当于一个车间内有多条流水线，都共用一个车间的资源。例如，北京地铁与上海地铁是不同的进程，而北京地铁里的13号线是一个线程，北京地铁所有的线路共享北京地铁所有的资源，比如所有的乘客可以被所有线路拉。

二 线程与进程的区别

1. Threads share the address space of the process that created it; processes have their own address space.
2. Threads have direct access to the data segment of its process; processes have their own copy of the data segment of the parent process.
3. Threads can directly communicate with other threads of its process; processes must use interprocess communication to communicate with sibling processes.
4. New threads are easily created; new processes require duplication of the parent process.
5. Threads can exercise considerable control over threads of the same process; processes can only exercise control over child processes.
6. Changes to the main thread (cancellation, priority change, etc.) may affect the behavior of the other threads of the process; changes to the parent process does not affect child processes.

总结上述区别，无非两个关键点，这也是我们在特定的场景下需要使用多线程的原因：

1. 同一个进程内的多个线程共享该进程内的地址资源
2. 创建线程的开销要远小于创建进程的开销（创建一个进程，就是创建一个车间，涉及到申请空间，而且在该空间内建至少一条流水线，但创建线程，就只是在一个车间内造一条流水线，无需申请空间，所以创建开销小）

三 多线程应用举例

开启一个字处理软件进程，该进程肯定需要办不止一件事情，比如监听键盘输入，处理文字，定时自动将文字保存到硬盘，这三个任务操作的都是同一块数据，因而不能用多进程。只能在一个进程里并发地开启三个线程,如果是单线程，那就只能是，键盘输入时，不能处理文字和自动保存，自动保存时又不能输入和处理文字。

多线程应用举例.png

一 threading模块介绍
multiprocess模块的完全模仿了threading模块的接口，二者在使用层面，有很大的相似性，因而不再详细介绍

二 开启线程的两种方式
方式一

from threading import Thread
import time

def sayhi(name):
time.sleep(2)
print('%s say hello' %name)

if name == 'main':
t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
t.start()
print('主线程')
方式二

方式二

from threading import Thread
import time

class Sayhi(Thread):
def init(self,name):
super().init()
self.name=name
def run(self):
time.sleep(2)
print('%s say hello' % self.name)

if name == 'main':
t = Sayhi('egon')
t.start()
print('主线程')

线程与进程区别
一 谁的开启速度快？
1、在主进程下开启线程

from threading import Thread

def work():
print('hello')

if name == 'main':
t=Thread(target=work)
t.start()
print('主线程/主进程')
执行结果如下，几乎是t.start ()的同时就将线程开启了，然后先打印出了hello，证明线程的创建开销极小

hello
主线程/主进程
2、在主进程下开启子进程

from multiprocessing import Process

def work():
print('hello')

if name == 'main':
#在主进程下开启子进程
p=Process(target=work)
p.start()
print('主线程/主进程')
执行结果如下，p.start ()将开启进程的信号发给操作系统后，操作系统要申请内存空间，让好拷贝父进程地址空间到子进程，开销远大于线程

主线程/主进程
hello
二 瞅一瞅pid？
1、在主进程下开启多个线程,每个线程都跟主进程的pid一样

from threading import Thread
import os

def work():
print('hello',os.getpid())

if name == 'main':
t1=Thread(target=work)
t2=Thread(target=work)
t1.start()
t2.start()
print('主线程/主进程pid',os.getpid())
执行结果

hello 7939
hello 7939
主线程/主进程 7939
2、开多个进程,每个进程都有不同的pid

from multiprocessing import Process
import os

def work():
print('hello',os.getpid())

if name == 'main':
p1=Process(target=work)
p2=Process(target=work)
p1.start()
p2.start()
print('主线程/主进程',os.getpid())
执行结果

主线程/主进程 7951
hello 7952
hello 7953
三 同一进程内的线程共享该进程的数据？
1、进程之间地址空间是隔离的

from multiprocessing import Process
import os

def work():
global n
n=0

if name == 'main':
n=100
p=Process(target=work)
p.start()
p.join()
print('主',n)
执行结果如下，毫无疑问子进程p已经将自己的全局的n改成了0,但改的仅仅是它自己的,查看父进程的n仍然为100

主 100
2、同一进程内开启的多个线程是共享该进程地址空间的

from threading import Thread
import os

def work():
global n
n=0

if name == 'main':
n=100
t=Thread(target=work)
t.start()
t.join()
print('主',n)
执行结果如下， 查看结果为0,因为同一进程内的线程之间共享进程内的数据

主 0

Thread对象的其他属性或方法
介绍

Thread实例对象的方法

isAlive(): 返回线程是否活动的。

getName(): 返回线程名。

setName(): 设置线程名。

threading模块提供的一些方法：

threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。

threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。

threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量，与len(threading.enumerate())有相同的结果。

验证

from threading import Thread
import threading
from multiprocessing import Process
import os

def work():
import time
time.sleep(3)
print(threading.current_thread().getName())

if name == 'main':
#在主进程下开启线程
t=Thread(target=work)
t.start()

print(threading.current_thread().getName())
print(threading.current_thread()) #主线程
print(threading.enumerate()) #连同主线程在内有两个运行的线程
print(threading.active_count())
print('主线程/主进程')

执行结果

MainThread
<_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>
[<_MainThread(MainThread, started 140735268892672)>, <Thread(Thread-1, started 123145307557888)>]
主线程/主进程
Thread-1
主线程等待子线程结束

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
time.sleep(2)
print('%s say hello' %name)

if name == 'main':
t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
t.start()
t.join()
print('主线程')
print(t.is_alive())
执行结果

egon say hello
主线程
False

一 守护线程
无论是进程还是线程，都遵循：守护xxx会等待主xxx运行完毕后被销毁

需要强调的是：运行完毕并非终止运行

1、对主进程来说，运行完毕指的是主进程代码运行完毕

2、对主线程来说，运行完毕指的是主线程所在的进程内所有非守护线程统统运行完毕，主线程才算运行完毕
详细解释：

1、主进程在其代码结束后就已经算运行完毕了（守护进程在此时就被回收）,然后主进程会一直等非守护的子进程都运行完毕后回收子进程的资源(否则会产生僵尸进程)，才会结束，

2、主线程在其他非守护线程运行完毕后才算运行完毕（守护线程在此时就被回收）。因为主线程的结束意味着进程的结束，进程整体的资源都将被回收，而进程必须保证非守护线程都运行完毕后才能结束。
验证

from threading import Thread
import time
def sayhi(name):
time.sleep(2)
print('%s say hello' %name)

if name == 'main':
t=Thread(target=sayhi,args=('egon',))
t.setDaemon(True) #必须在t.start()之前设置
t.start()

print('主线程')
print(t.is_alive())

执行结果

主线程
True

线程队列

线程queue
queue is especially useful in threaded programming when information must be exchanged safely between multiple threads.

有三种不同的用法

class queue.Queue(maxsize=0) #队列：先进先出

import queue

q=queue.Queue()
q.put('first')
q.put('second')
q.put('third')

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())

'''
结果(先进先出):
first
second
third
'''
class queue.LifoQueue(maxsize=0) #堆栈：last in fisrt out

import queue

q=queue.LifoQueue()
q.put('first')
q.put('second')
q.put('third')

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())

'''
结果(后进先出):
third
second
first
'''
class queue.PriorityQueue(maxsize=0) #优先级队列：存储数据时可设置优先级的队列

import queue

q=queue.PriorityQueue()

put进入一个元组,元组的第一个元素是优先级(通常是数字,也可以是非数字之间的比较),数字越小优先级越高

q.put((20,'a'))
q.put((10,'b'))
q.put((30,'c'))

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())

'''
结果(数字越小优先级越高,优先级高的优先出队):
(10, 'b')
(20, 'a')
(30, 'c')
'''