Python多线程与同步 (threading包)
Python主要通过标准库中的threading包来实现多线程。在当今网络时代,每个服务器都会接收到大量的请求。服务器可以利用多线程的方式来处理这些请求,以提高对网络端口的读写效率。Python是一种网络服务器的后台工作语言 (比如豆瓣网),所以多线程也就很自然被Python语言支持。
(关于多线程的原理和C实现方法,请参考我之前写的Linux多线程与同步,要了解race condition, mutex和condition variable的概念)
多线程售票以及同步
我们使用Python来实现Linux多线程与同步文中的售票程序。我们使用mutex (也就是Python中的Lock类对象) 来实现线程的同步:
# A program to simulate selling tickets in multi-thread way
# Written by Vamei
import threading
import time
import os
# This function could be any function to do other chores.
def doChore():
time.sleep(0.5)
# Function for each thread
def booth(tid):
global i
global lock
while True:
lock.acquire() # Lock; or wait if other thread is holding the lock
if i != 0:
i = i - 1 # Sell tickets
print(tid,':now left:',i) # Tickets left
doChore() # Other critical operations
else:
print("Thread_id",tid," No more tickets")
os._exit(0) # Exit the whole process immediately
lock.release() # Unblock
doChore() # Non-critical operations
# Start of the main function
i = 100 # Available ticket number
lock = threading.Lock() # Lock (i.e., mutex)
# Start 10 threads
for k in range(10):
new_thread = threading.Thread(target=booth,args=(k,)) # Set up thread; target: the callable (function) to be run, args: the argument for the callable
new_thread.start() # run the thread
我们使用了两个全局变量,一个是i,用以储存剩余票数;一个是lock对象,用于同步线程对i的修改。此外,在最后的for循环中,我们总共设置了10个线程。每个线程都执行booth()函数。线程在调用start()方法的时候正式启动 (实际上,计算机中最多会有11个线程,因为主程序本身也会占用一个线程)。Python使用threading.Thread对象来代表线程,用threading.Lock对象来代表一个互斥锁 (mutex)。
有两点需要注意:
我们在函数中使用global来声明变量为全局变量,从而让多线程共享i和lock (在C语言中,我们通过将变量放在所有函数外面来让它成为全局变量)。如果不这么声明,由于i和lock是不可变数据对象,它们将被当作一个局部变量(参看Python动态类型)。如果是可变数据对象的话,则不需要global声明。我们甚至可以将可变数据对象作为参数来传递给线程函数。这些线程将共享这些可变数据对象。
我们在booth中使用了两个doChore()函数。可以在未来改进程序,以便让线程除了进行i=i-1之外,做更多的操作,比如打印剩余票数,找钱,或者喝口水之类的。第一个doChore()依然在Lock内部,所以可以安全地使用共享资源 (critical operations, 比如打印剩余票数)。第二个doChore()时,Lock已经被释放,所以不能再去使用共享资源。这时候可以做一些不使用共享资源的操作 (non-critical operation, 比如找钱、喝水)。我故意让doChore()等待了0.5秒,以代表这些额外的操作可能花费的时间。你可以定义的函数来代替doChore()。
OOP创建线程
上面的Python程序非常类似于一个面向过程的C程序。我们下面介绍如何通过面向对象 (OOP, object-oriented programming,参看Python面向对象的基本概念和Python面向对象的进一步拓展) 的方法实现多线程,其核心是继承threading.Thread类。我们上面的for循环中已经利用了threading.Thread()的方法来创建一个Thread对象,并将函数booth()以及其参数传递给改对象,并调用start()方法来运行线程。OOP的话,通过修改Thread类的run()方法来定义线程所要执行的命令。
复制代码
# A program to simulate selling tickets in multi-thread way
# Written by Vamei
import threading
import time
import os
# This function could be any function to do other chores.
def doChore():
time.sleep(0.5)
# Function for each thread
class BoothThread(threading.Thread):
def __init__(self, tid, monitor):
self.tid = tid
self.monitor = monitor
threading.Thread.__init__(self)
def run(self):
while True:
monitor['lock'].acquire() # Lock; or wait if other thread is holding the lock
if monitor['tick'] != 0:
monitor['tick'] = monitor['tick'] - 1 # Sell tickets
print(self.tid,':now left:',monitor['tick']) # Tickets left
doChore() # Other critical operations
else:
print("Thread_id",self.tid," No more tickets")
os._exit(0) # Exit the whole process immediately
monitor['lock'].release() # Unblock
doChore() # Non-critical operations
# Start of the main function
monitor = {'tick':100, 'lock':threading.Lock()}
# Start 10 threads
for k in range(10):
new_thread = BoothThread(k, monitor)
new_thread.start()
复制代码
我们自己定义了一个类BoothThread, 这个类继承自thread.Threading类。然后我们把上面的booth()所进行的操作统统放入到BoothThread类的run()方法中。注意,我们没有使用全局变量声明global,而是使用了一个词典monitor存放全局变量,然后把词典作为参数传递给线程函数。由于词典是可变数据对象,所以当它被传递给函数的时候,函数所使用的依然是同一个对象,相当于被多个线程所共享。这也是多线程乃至于多进程编程的一个技巧 (应尽量避免上面的global声明的用法,因为它并不适用于windows平台)。
上面OOP编程方法与面向过程的编程方法相比,并没有带来太大实质性的差别。
其他
threading.Thread对象: 我们已经介绍了该对象的start()和run(), 此外:
join()方法,调用该方法的线程将等待直到改Thread对象完成,再恢复运行。这与进程间调用wait()函数相类似。
下面的对象用于处理多线程同步。对象一旦被建立,可以被多个线程共享,并根据情况阻塞某些进程。请与Linux多线程与同步中的同步工具参照阅读。
threading.Lock对象: mutex, 有acquire()和release()方法。
threading.Condition对象: condition variable,建立该对象时,会包含一个Lock对象 (因为condition variable总是和mutex一起使用)。可以对Condition对象调用acquire()和release()方法,以控制潜在的Lock对象。此外:
wait()方法,相当于cond_wait()
notify_all(),相当与cond_broadcast()
nofify(),与notify_all()功能类似,但只唤醒一个等待的线程,而不是全部
threading.Semaphore对象: semaphore,也就是计数锁(semaphore传统意义上是一种进程间同步工具,见Linux进程间通信)。创建对象的时候,可以传递一个整数作为计数上限 (sema = threading.Semaphore(5))。它与Lock类似,也有Lock的两个方法。数据分析师培训
threading.Event对象: 与threading.Condition相类似,相当于没有潜在的Lock保护的condition variable。对象有True和False两个状态。可以多个线程使用wait()等待,直到某个线程调用该对象的set()方法,将对象设置为True。线程可以调用对象的clear()方法来重置对象为False状态。
数据分析咨询请扫描二维码
《Python数据分析极简入门》 第2节 7 Pandas分组聚合 分组聚合(group by)顾名思义就是分2步: 先分组:根据某列数据的值进行 ...
2024-11-25数据分析需要学习的内容非常广泛,涵盖了从理论知识到实际技能的多个方面。以下是数据分析所需学习的主要内容: 数学和统计学 ...
2024-11-24数据分析师需要具备一系列多方面的技能和能力,以应对复杂的数据分析任务和业务需求。以下是数据分析师所需的主要能力: 统计 ...
2024-11-24数据分析师需要学习的课程内容非常广泛,涵盖了从基础理论到实际应用的多个方面。以下是根据我搜索到的资料整理出的数据分析师需 ...
2024-11-24《Python数据分析极简入门》 第2节 6 Pandas合并连接 在pandas中,有多种方法可以合并和拼接数据。常见的方法包括append()、conc ...
2024-11-24《Python数据分析极简入门》 第2节 5 Pandas数学计算 importpandasaspdd=np.array([[81,&n ...
2024-11-23数据分析涉及多个方面的学习,包括理论知识和实践技能。以下是数据分析需要学习的主要方面: 基础知识: 数据分析的基本概念 ...
2024-11-22数据分析适合在多个单位工作,包括但不限于以下领域: 金融行业:金融行业对数据分析人才的需求非常大,数据分析师可以从事经 ...
2024-11-22数据分析是一种涉及从大量数据中提取有用信息和洞察力的过程。其工作内容主要包括以下几个方面: 数据收集与整理:数据分析师 ...
2024-11-22数据分析师需要掌握多种技能,以确保能够有效地处理和分析数据,并为业务决策提供支持。以下是数据分析师需要掌握的主要技能: ...
2024-11-22数据开发和数据分析是两个密切相关但又有所区别的领域。以下是它们的主要区别: 定义和目标: 数据开发:数据开发涉及数据的 ...
2024-11-22数据架构师是负责设计和管理企业数据架构的关键角色,其职责涵盖了多个方面,包括数据治理、数据模型设计、数据仓库构建、数据安 ...
2024-11-22数据分析师需要具备一系列技能,以确保能够有效地处理、分析和解释数据,从而支持决策制定。以下是数据分析师所需的关键技能: ...
2024-11-22数据分析师需要具备一系列技能,以确保能够有效地处理、分析和解释数据,从而支持决策制定。以下是数据分析师所需的关键技能: ...
2024-11-22数据分析师需要具备一系列的技能和能力,以确保能够有效地处理、分析和解释数据,从而支持业务决策。以下是数据分析师所需的主要 ...
2024-11-22需求持续增长 - 未来数据分析师需求将持续上升,企业对数据驱动决策的依赖加深。 - 预测到2025年,中国将需要高达220万的数据人 ...
2024-11-22《Python数据分析极简入门》 第2节 4 Pandas条件查询 在pandas中,可以使用条件筛选来选择满足特定条件的数据 importpanda ...
2024-11-22数据分析师的工作内容涉及多个方面,主要包括数据的收集、整理、分析和可视化,以支持商业决策和问题解决。以下是数据分析师的一 ...
2024-11-21数据分析师必须掌握的技能可以从多个方面进行归纳和总结。以下是数据分析师需要具备的主要技能: 统计学基础:数据分析师需要 ...
2024-11-21数据分析入门的难易程度因人而异,总体来看,入门并不算特别困难,但需要一定的学习和实践积累。 入门难度:数据分析入门相对 ...
2024-11-21