Python的学习笔记:线程,进程,协程

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Python的学习笔记:线程,进程,协程

一、线程(Thread)

  1、定义:线程是操作系统能进行运算调度的最小单位,它包含在进程中,是进程的实际运作单位,一条线程是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。简单理解:线程是一系列指令的集合,操作系统通过这些指令调用硬件。

  2、同一个线程中的所有线程共享同一个内存空间资源,

 

二、进程(Progress)

  1、定义:一个程序对各资源管理和调用的集合就是进程,比如QQ对网卡、内存、硬盘的调度和管理。对于操作系统来说,某一个进程是统一的整体。进程操作CPU就要先创建一个线程。进程本身是一个资源集合,执行需要靠线程。

 

三、线程和进程的区别

  1、同个进程的线程之间共享内存空间,包括数据交换和通信,但不同进程之间的内存是独立的

  2、子进程是克隆了一份父进程的数据,子进程之间是互相独立的,不能互相访问,数据也不能共享。

  3、两个进程要通信,必须通过一个中间进程代理来实现。

  4、一个线程可以操作同一个进程中的其他线程,但是进程只能操作子进程

  5、对主线程的修改,可能会影响到其他的子线程,因为他们共享内存数据,但对主进程的修改,不会影响其他子进程。

 

四、多线程的代码:

import threading
import time


class MyThread(threading.Thread):
    """
    # 用自定义一个子类的方式来启动线程
    """

    def __init__(self, n):
        super(MyThread, self).__init__()
        self.n = n

    def run(self):
        print("你好,%s" % self.n)
        time.sleep(2)


start_time = time.time()
thread_list = []

# 启动50个线程
for i in range(50):
    t1 = MyThread("t%s" % i)
    t1.start()
    thread_list.append(t1)
# 等待所有线程执行完毕后主线程再继续执行
for i in thread_list:
    i.join()

print("总共执行时间:%s" % float(time.time() - start_time))

五、全局解释器锁(GIL)

  1、定义:GIL 是最流行的 CPython 解释器(平常称为 Python)中的一个技术术语,中文译为全局解释器锁,其本质上类似操作系统的 Mutex(即互斥锁,意思是我修改的时候你不能修改,也就是锁的意思)

  2、功能:在 CPython 解释器中执行的每一个 Python 线程,都会先锁住自己,以阻止别的线程执行,这样在同个时间一个CPU只执行一个线程。当然,CPython 不可能容忍一个线程一直独占解释器,check interval 机制会在一个时间段后释放前面一个线程的全局锁执行下一个线程,以达到轮流执行线程的目的。这样一来,用户看到的就是“伪”并行,即 Python 线程在交替执行,来模拟真正并行的线程。

  3、CPython 引进 GIL,可以最大程度上规避类似内存管理这样复杂的竞争风险问题,有了 GIL,并不意味着无需去考虑线程安全,因为即便 GIL 仅允许一个 Python 线程执行,但别忘了 Python 还有 check interval 这样的抢占机制。所以就要引入线程锁的机制,保证同个时间只有一个线程修改数据。

Python的学习笔记:线程,进程,协程

  4、线程锁的代码如下

import threading
import time

num = 0

lock_obj = threading.Lock()


def run():
    # 申请锁,使别的线程进不来
    lock_obj.acquire()
    global num
    time.sleep(1.1)
    num = num + 1
    # 解锁,解锁后别的线程可以进来
    lock_obj.release()


t_list = []
start_time = time.time()
# 启动1000个线程
for i in range(100):
    t1 = threading.Thread(target=run)
    t1.start()
    t_list.append(t1)

for i in t_list:
    i.join()

time.sleep(3)
print("num:%d" % num)
print("time:%f" % float(time.time() - start_time))

六、递归锁:

  1、定义:一个锁套另外一个锁,形成锁止循环,这种情况就要用到递归锁RLOCK

import threading, time
def run1():
    print("grab the first part data")
    lock.acquire()
    global num
    num += 1
    lock.release()
    return num
def run2():
    print("grab the second part data")
    lock.acquire()
    global num2
    num2 += 1
    lock.release()
    return num2
def run3():
    lock.acquire()
    res = run1()
    print('--------between run1 and run2-----')
    res2 = run2()
    lock.release()
    print(res, res2)
num, num2 = 0, 0
# 这里如果用Lock()就会无限循环,找不到具体用哪个钥匙打开锁,如果用RLock就不会,如果又多重锁嵌套的情况一定要用递归锁
lock = threading.Lock()
for i in range(1):
    t = threading.Thread(target=run3)
    t.start()
while threading.active_count() != 1:
    print("当前活跃的线程数:",threading.active_count())
else:
    print('----all threads done---')
    print("打印num和num2:",num, num2)

七、信号量(Semaphore)  

  1、允许同时间最多几个线程进入执行,每出来一个进去一个,同时保持预先设置的线程最大允许数量。

import threading, time


def run(n):
    semaphore.acquire()
    time.sleep(1)
    print("run the thread: %s\n" % n)
    semaphore.release()

if __name__ == '__main__':
    semaphore = threading.BoundedSemaphore(5)  # 最多允许5个线程同时运行
    for i in range(22):
        t = threading.Thread(target=run, args=(i,))
        t.start()
while threading.active_count() != 1:
    pass  # print threading.active_count()
else:
    print('----all threads done---')
    #print(num)

八、事件(Event):

  1、定义:通过标识位和状态,来实现线程之间的交互。简单说,就是一个标志位,只有两种状态,一种是设置(Event.set()),一直是没有设置(Event.clear())。

  2、以下代码实现一个简单事件,一个线程控制红绿灯,另外一个线程控制车子,当红绿灯是红色的时候,车子停止,绿的时候,车子行驶的效果

import time
import threading


event = threading.Event()

def lighter():
    count = 0
    event.set()  # 刚开始的标识位先设置绿灯
    while True:
        if 5 < count < 10:  # 改成红灯
            event.clear()  # 把标志位清了
            print("\033[41;1mred light is on....\033[0m")
        elif count > 10:
            event.set()  # 变绿灯
            count = 0
        else:
            print("\033[42;1mgreen light is on....\033[0m")
        time.sleep(1)
        count += 1


def car(name):
    while True:
        if event.is_set():  # 代表绿灯
            print("[%s] running..." % name)
            time.sleep(1)
        else:
            print("[%s] sees red light , waiting...." % name)
            event.wait()
            print("\033[34;1m[%s] green light is on, start going...\033[0m" % name)


light = threading.Thread(target=lighter, )
light.start()

car1 = threading.Thread(target=car, args=("Tesla",))
car1.start()

 3、Event类还有两个方法,wait()等待被设定,isset()判断是否被设定

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