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Python创建线程(2种方式)详解

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:
  1. 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,并调用实例化对象的 start 方法创建线程。
  2. 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,并调用其 start 方法创建线程。

调用 Thread 类的构造器创建线程

调用 Thread 类的构造器创建线程很简单,直接调用 threading.Thread 类的如下构造器创建线程:

__init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs=None, *,daemon=None)

上面的构造器涉及如下几个参数:
  • group:指定该线程所属的线程组。目前该参数还未实现,因此它只能设为 None。
  • target:指定该线程要调度的目标方法。
  • args:指定一个元组,以位置参数的形式为 target 指定的函数传入参数。元组的第一个元素传给 target 函数的第一个参数,元组的第二个元素传给 target 函数的第二个参数……依此类推。
  • kwargs:指定一个字典,以关键字参数的形式为 target 指定的函数传入参数。
  • daemon:指定所构建的线程是否为后代线程。

通过 Thread 类的构造器创建井启动多线程的步骤如下:
  1. 调用 Thread 类的构造器创建线程对象。在创建线程对象时,target 参数指定的函数将作为线程执行体。
  2. 调用线程对象的 start() 方法启动该线程。

下面程序示范了通过 Thread 类的构造器来创建线程对象:
import threading

# 定义一个普通的action函数,该函数准备作为线程执行体
def action(max):
    for i in range(max):
        # 调用threading模块current_thread()函数获取当前线程
        # 线程对象的getName()方法获取当前线程的名字
        print(threading.current_thread().getName() +  " " + str(i))
# 下面是主程序(也就是主线程的执行体)
for i in range(100):
    # 调用threading模块current_thread()函数获取当前线程
    print(threading.current_thread().getName() +  " " + str(i))
    if i == 20:
        # 创建并启动第一个线程
        t1 =threading.Thread(target=action,args=(100,))
        t1.start()
        # 创建并启动第二个线程
        t2 =threading.Thread(target=action,args=(100,))
        t2.start()
print('主线程执行完成!')
上面程序中的主程序包含一个循环,当循环变量 i 等于 20 时创建并启动两个新线程:
  1. 创建了一个 Thread 对象,该线程的 target 为 action,这意味着它会将 action 函数作为线程执行体。接下来程序调用 start() 方法来启动 t1 线程。
  2. 再次创建了一个线程,其创建和启动方式与第一个线程完全相同。

运行上面程序,将会看到如图 1 所示的界面。

多线程的运行效果
图 1 多线程的运行效果

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。

虽然上面程序只显式创建并启动了两个线程,但实际上程序有三个线程,即程序显式创建的两个子线程和主线程。前面己经提到,当 Python 程序开始运行后,程序至少会创建一个主线程,主线程的线程执行体就是程序中的主程序(没有放在任何函数中的代码)。

在进行多线程编程时,不要忘记 Python 程序运行时默认的主线程,主程序部分(没有放在任何函数中的代码)就是主线程的线程执行体。

从图 1 可以看出,此时程序中共包含三个线程,这三个线程的执行没有先后顺序,它们以并发方式执行:Thread-1 执行一段时间,然后可能 Thread-2 或 MainThread 获得 CPU 执行一段时间,接下来又换其他线程执行,这就是典型的线程并发执行,CPU 以快速轮换的方式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。

通过上面介绍不难看出多线程的意义,如果不使用多线程,主程序直接调用两次 action() 函数,那么程序必须等第一次调用的 action() 函数执行完成,才会执行第二次调用的 action() 函数;必须等第二次调用的 action() 函数执行完成,才会继续向下执行主程序。

而使用多线程之后,程序可以让两个 action() 函数、主程序以并发方式执行,给用户一种错觉,两个 action() 函数和主程序似乎同时在执行。

说穿了很简单,多线程就是让多个函数能并发执行,让普通用户感觉到多个函数似乎同时在执行。

除此之外,上面程序还用到了如下函数和方法:
  • threading.current_thread():它是 threading 模块的函数,该函数总是返回当前正在执行的线程对象。
  • getName():它是 Thread 类的实例方法,该方法返回调用它的线程名字。

在 Threading 模块中,除了 current_thread() 函数外,还经常使用如下 2 个函数:
  • threading.enumerate():返回一个正运行线程的 list。“正运行”是指线程处于“启动后,且在结束前”状态,不包括“启动前”和“终止后”状态。
  • threading.activeCount():返回正在运行的线程数量。与 len(threading.enumerate()) 有相同的结果。

程序通过 geName() 方法返回指定线程的名字,还可以通过 setName(name) 方法为线程设置名字,这两个方法可通过 name 属性来代替。

继承 Thread 类创建线程类

通过继承 Thread 类来创建并启动线程的步骤如下:
  1. 定义 Thread 类的子类,并重写该类的 run() 方法。run() 方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把 run() 方法称为线程执行体
  2. 创建 Thread 子类的实例,即创建线程对象。
  3. 调用线程对象的 start() 方法来启动线程。

下面程序示范了通过继承 Thread 类来创建并启动线程:
import threading

# 通过继承threading.Thread类来创建线程类
class FkThread(threading.Thread):
    def __init__(self): 
        threading.Thread.__init__(self)
        self.i = 0
    # 重写run()方法作为线程执行体
    def run(self): 
        while self.i < 100:
            # 调用threading模块current_thread()函数获取当前线程
            # 线程对象的getName()方法获取当前线程的名字
            print(threading.current_thread().getName() +  " " + str(self.i))
            self.i += 1
# 下面是主程序(也就是主线程的执行体)
for i in range(100):
    # 调用threading模块current_thread()函数获取当前线程
    print(threading.current_thread().getName() +  " " + str(i))
    if i == 20:
        # 创建并启动第一个线程
        ft1 = FkThread()
        ft1.start()
        # 创建并启动第二个线程
        ft2 = FkThread()
        ft2.start()
print('主线程执行完成!')
上面程序中的 FkThread 类继承了 threading.Thread 类,并实现了 run() 方法。run() 方法中的代码执行流就是该线程所需要完成的任务。

运行上面程序,将会看到如图 2 所示的界面。

继承Thread 类创建并启动线程
图 2 继承Thread 类创建并启动线程

从图 2 可以看到,此时程序中同样有主线程、Thread-1 和 Thread-2 三个线程,它们以快速轮换的方式在执行,这就是三个线程并发执行的效果。

通常来说,推荐使用第一种方式来创建线程,因为这种方式不仅编程简单,而且线程直接包装 target 函数,具有更清晰的逻辑结构。

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