1.自定義進程
自定義進程類，繼承Process類，重寫run方法（重寫Process的run方法）。
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from multiprocessing import Processimport timeimport osclass MyProcess(Process): def __init__(self, name): ##重寫，需要__init__,也添加了新的參數。 ##Process.__init__(self) 不可以省略，否則報錯：AttributeError:'XXXX'object has no attribute '_colsed' Process.__init__(self) self.name = name def run(self): print("子進程(%s-%s)啟動" % (self.name, os.getpid())) time.sleep(3) print("子進程(%s-%s)結束" % (self.name, os.getpid()))if __name__ == '__main__': print("父進程啟動") p = MyProcess("Ail") # 自動調用MyProcess的run()方法 p.start() p.join() print("父進程結束") |
# 輸出結果
父進程啟動
子進程(Ail-38512)啟動
子進程(Ail-38512)結束
父進程結束
2.進程與線程
多進程適合在CPU密集型操作（CPU操作指令比較多，如科學計算、位數多的浮點計算）；
多線程適合在IO密集型操作（讀寫數據操作比較多的，比如爬蟲、文件上傳、下載）
線程是并發，進程是并行：進程之間互相獨立，是系統分配資源的最小單位，同一個進程中的所有線程共享資源。
進程：一個運行的程序或代碼就是一個進程，一個沒有運行的代碼叫程序。進程是系統進行資源分配的最小單位，進程擁有自己的內存空間，所以，進程間數據不共享，開銷大。
進程是程序的一次動態執行過程。每個進程都擁有自己的地址空間、內存、數據棧以及其它用于跟蹤執行的輔助數據。操作系統負責其上所有進程的執行，操作系統會為這些進程合理地分配執行時間。
線程：調度執行的最小單位，也叫執行路徑，不能獨立存在，依賴進程的存在而存在，一個進程至少有一個線程，叫做主線程，多個線程共享內存（數據共享和全局變量），因此提升程序的運行效率。
線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位，它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以并發多個線程，每條線程并行執行不同的任務。一個線程是一個execution context（執行上下文），即一個CPU執行時所需要的一串指令。
主線程：主線程就是創建線程進程中產生的第一個線程，也就是main函數對應的線程。
協程：用戶態的輕量級線程，調度由用戶控制，擁有自己的寄存器上下文和棧，切換基本沒有內核切換的開銷，切換靈活。
進程和線程的關系
3.多線程
操作系統通過給不同的線程分配時間片（CPU運行時長）來調度線程，當CPU執行完一個線程的時間片后就會快速切換到下一個線程，時間片很短而且切換速度很快，以至于用戶根本察覺不到。多個線程根據分配的時間片輪流被CPU執行，如今絕大多數計算機的CPU都是多核的，多個線程在操作系統的調度下，能夠被多個CPU并行執行，程序的執行速度和CPU的利用效率大大提升。絕大對數主流的編程語言都能很好地支持多線程，然而，Python由于GIL鎖無法實現真正的多線程。
內存中的線程
4.Thread類方法
（1）start() --開始執行該線程；
（2）run() --定義線程的方法（開發者可以在子類中重寫）；標準的 run() 方法會對作為 target 參數傳遞給該對象構造器的可調用對象（如果存在）發起調用，并附帶從 args 和 kwargs 參數分別獲取的位置和關鍵字參數。
（3）join(timeout=None) --直至啟動的線程終止之前一直掛起；除非給出了timeout(單位秒)，否則一直被阻塞；因為 join() 總是返回 None ，所以要在 join() 后調用 is_alive() 才能判斷是否發生超時 -- 如果線程仍然存活，則 join() 超時。一個線程可以被 join() 很多次。如果嘗試加入當前線程會導致死鎖， join() 會引起 RuntimeError 異常。如果嘗試 join() 一個尚未開始的線程，也會拋出相同的異常。
（4）is_alive() --布爾值，表示這個線程是否還存活;當 run() 方法剛開始直到 run() 方法剛結束，這個方法返回 True 。
（5）threading.current_thread()--返回當前對應調用者的控制線程的 Thread 對象。例如，獲取當前線程的名字，可以是current_thread().name。
5.多線程與多進程小Case
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from threading import Threadfrom multiprocessing import Processimport osdef work(): print('hello,',os.getpid())if __name__ == '__main__': # 在主進程下開啟多個線程，每個線程都跟主進程的pid一樣 t1 = Thread(target=work) # 開啟一個線程 t2 = Thread(target=work) # 開啟兩個線程 t1.start() ##start()--It must be called at most once per thread object.It arranges for the object's run() method to be ## invoked in a separate thread of control.This method will raise a RuntimeError if called more than once on the ## same thread object. t2.start() print('主線程/主進程pid', os.getpid()) # 開多個進程，每個進程都有不同的pid p1 = Process(target=work) p2 = Process(target=work) p1.start() p2.start() print('主線程/主進程pid',os.getpid()) |
6.Thread 的生命周期
線程的狀態包括:創建、就緒、運行、阻塞、結束。
(1)創建對象時，代表 Thread 內部被初始化；
(2) 調用 start() 方法后，thread 會開始進入隊列準備運行，在未獲得CPU、內存資源前，稱為就緒狀態；輪詢獲取資源，進入運行狀態；如果遇到sleep，則是進入阻塞狀態；
(3) thread 代碼正常運行結束或者是遇到異常，線程會終止。
7.自定義線程
（1）定義一個類，繼承Thread；
（2）重寫__init__ 和 run();
（3）創建線程類對象；
（4）啟動線程。
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import timeimport threadingclass MyThread(threading.Thread): def __init__(self,num): super().__init__() ###或者是Thread.__init__() self.num = num def run(self): print('線程名稱：', threading.current_thread().getName(), '參數：', self.num, '開始時間：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'))if __name__ == '__main__': print('主線程開始：',time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) t1 = MyThread(1) t2 = MyThread(2) t1.start() t2.start() t1.join() t2.join() print('主線程結束：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) |
8.線程共享數據與GIL（全局解釋器鎖）
如果是全局變量，則每個線程是共享的；
GIL鎖：可以用籃球比賽的場景來模擬，把籃球場看作是CPU，一場籃球比賽看作是一個線程，如果只有一個籃球場，多場比賽就要排隊進行，類似于一個簡單的單核多線程的程序；如果由多塊籃球場，多場比賽同時進行，就是一個簡單的多核多線程的程序。然而，Python有著特別的規定：每場比賽必須要在裁判的監督之下才允許進行，而裁判只有一個。這樣不管你有幾塊籃球場，同一時間只允許有一個場地進行比賽，其它場地都將被閑置，其它比賽都只能等待。
9.GIL 和 Lock
GIL保證同一時間內一個進程可以有多個線程，但只有一個線程在執行；鎖的目的是為了保護共享的數據，同一時間只能有一個線程來修改共享的數據。
類為threading.Lock
它有兩個基本方法， acquire() 和 release() 。
當狀態為非鎖定時， acquire() 將狀態改為 鎖定 并立即返回。當狀態是鎖定時， acquire() 將阻塞至其他線程調用 release() 將其改為非鎖定狀態，然后 acquire() 調用重置其為鎖定狀態并返回。
release() 只在鎖定狀態下調用； 它將狀態改為非鎖定并立即返回。如果嘗試釋放一個非鎖定的鎖，則會引發 RuntimeError 異常。
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from threading import Threadfrom threading import Lockimport timenumber = 0def task(lock): global number lock.acquire() ##持有鎖 for i in range(100000) number += 1 lock.release() ##釋放鎖if __name__ == '__main__': lock=Lock() t1 = Thread(target=task,args=(lock,)) t2 = Thread(target=task,args=(lock,)) t3 = Thread(target=task,args=(lock,)) t1.start() t2.start() t3.start() t1.join() t2.join() t3.join() print('number:',number) |
10.線程的信號量
class threading.Semaphore([values])
values是一個內部計數，values默認是1，如果小于0，則會拋出 ValueError 異常，可以用于控制線程數并發數。
信號量的實現方式:
s=Semaphore(?)
在內部有一個counter計數器，counter的值就是同一時間可以開啟線程的個數。每當我們s.acquire()一次，計數器就進行減1處理，每當我們s.release()一次，計數器就會進行加1處理，當計數器為0的時候，其它的線程就處于等待的狀態。
程序添加一個計數器功能（信號量），限制一個時間點內的線程數量,防止程序崩潰或其它異常。
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import timeimport threadings=threading.Semaphore(5) #添加一個計數器def task(): s.acquire() #計數器獲得鎖 time.sleep(2) #程序休眠2秒 print("The task run at ",time.ctime()) s.release() #計數器釋放鎖for i in range(40): t1=threading.Thread(target=task,args=()) #創建線程 t1.start() #啟動線程 |
也可以使用with操作，替代acquire ()和release(),上面的代碼調整如下:
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import timeimport threadings=threading.Semaphore(5) #添加一個計數器def task(): with s: ## 類似打開文件的with操作 ##s.acquire() #計數器獲得鎖 time.sleep(2) #程序休眠2秒 print("The task run at ",time.ctime()) ##s.release() #計數器釋放鎖for i in range(40): t1=threading.Thread(target=task,args=()) #創建線程 t1.start() #啟動線程 |
建議使用with。
總結
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