并发编程:线程,GIL全局解释器锁等

线程

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')

练习题

1、基于多线程实现并发的套接字通信
server

from threading import Thread
import socket

IP_PORT = ('127.0.0.1', 8080)


def server1(IP_PORT):
    server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
    server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    server.bind(IP_PORT)
    server.listen(5)

    while True:
        conn, client_addr = server.accept()
        t = Thread(target=talk, args=(conn,))
        t.start()
        
    server1.closer()
        

def talk(conn):
    while True:
        try:
            msg = conn.recv(1024)
            if not msg:
                continue
        except ConnectionResetError as e:
            print(e)
            break
            
        conn.send(msg.upper())


if __name__ == '__main__':
    server1(IP_PORT)

client

import socket

IP_PORT = ('127.0.0.1', 8080)

client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)

client.connect(IP_PORT)

while True:
    msg = input('>>>:').strip()
    if not msg:
        continue
    client.send(msg.encode('utf-8'))
    data_recv = client.recv(1024)
    print(data_recv.decode('utf-8'))

三多进程与多线程的区别

谁的开启速度快

在主进程下开启线程
在主进程下开启子进程

进程是CPU的最小资源分配单位,线程是CPU的最小可支配的单位.

PID

在主进程下开启多个线程,每个线程都跟主进程的pid一样
开启多个进程,每个进程都有不同的pid

同一进程内的线程共享该进程的地址空间

进程之间地址空间的隔离的
同一进程内的多个线程是共享该进程地址空间的

四 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

五线程守护

守护线程是对主线程的守护,而主线程会等到其他所有非守护线程结束之后,自己才会结束,因为主线程代表了整个进程的生命周期.所以守护线程的结果就是等到当前进程结束以后,守护线程才会结束

from threading import Thread
import time

def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)
    print("end123")

def bar():
    print(456)
    time.sleep(3)
    print("end456")

if __name__ == '__main__':
    t1=Thread(target=foo)
    t2=Thread(target=bar)

    t1.daemon=True
    t1.start()
    t2.start()
    print("main-------")

六 GIL全局解释器锁

前言:

在Cpython解释器中，同一个进程下开启的多线程，同一时刻只能有一个线程执行，无法利用多核优势
GIL并不是Python的特性，它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。GIL并不是Python的特性，Python完全可以不依赖于GIL

GIL介绍

GIL本质就是一把互斥锁，既然是互斥锁，所有互斥锁的本质都一样，都是将并发运行变成串行，以此来控制同一时间内共享数据只能被一个任务所修改，进而保证数据安全。

可以肯定的一点是：保护不同的数据的安全，就应该加不同的锁。

要想了解GIL，首先确定一点：每次执行python程序，都会产生一个独立的进程。例如python test.py，python aaa.py，python bbb.py会产生3个不同的python进程

  1、所有数据都是共享的，
这其中，代码作为一种数据也是被所有线程共享的
（test.py的所有代码以及Cpython解释器的所有代码）
  
例如：test.py定义一个函数work（代码内容如下图），
在进程内所有线程都能访问到work的代码，
于是我们可以开启三个线程然后target都指向该代码，
能访问到意味着就是可以执行。
  
  2、所有线程的任务，
都需要将任务的代码当做参数传给解释器的代码去执行，
即所有的线程要想运行自己的任务，
首先需要解决的是能够访问到解释器的代码。

GIL与Lock

GIL 与Lock是两把锁，保护的数据不一样，
前者是解释器级别的（当然保护的就是解释器级别的数据，比如垃圾回收的数据），
后者是保护用户自己开发的应用程序的数据，
很明显GIL不负责这件事，只能用户自定义加锁处理，即Lock

GIL与多线程

GIL的存在，同一时刻同一进程中只有一个线程被执行

应用：

多线程用于IO密集型，如socket，爬虫，web
多进程用于计算密集型，如金融分析

七死锁现象与递归锁

一死锁现象

所谓死锁：是指两个或两个以上的进程或线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程，如下就是死锁

from threading import Thread,Lock
import time
mutexA=Lock()
mutexB=Lock()

class MyThread(Thread):
    def run(self):
        self.func1()
        self.func2()
    def func1(self):
        mutexA.acquire()
        print('\033[41m%s 拿到A锁\033[0m' %self.name)

        mutexB.acquire()
        print('\033[42m%s 拿到B锁\033[0m' %self.name)
        mutexB.release()

        mutexA.release()

    def func2(self):
        mutexB.acquire()
        print('\033[43m%s 拿到B锁\033[0m' %self.name)
        time.sleep(2)

        mutexA.acquire()
        print('\033[44m%s 拿到A锁\033[0m' %self.name)
        mutexA.release()

        mutexB.release()

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        t=MyThread()
        t.start()

执行效果

Thread-1 拿到A锁
Thread-1 拿到B锁
Thread-1 拿到B锁
Thread-2 拿到A锁 #出现死锁，整个程序阻塞住

二递归锁

解决方法，递归锁，在Python中为了支持在同一线程中多次请求同一资源，python提供了可重入锁RLock。

这个RLock内部维护着一个Lock和一个counter变量，counter记录了acquire的次数，从而使得资源可以被多次require。直到一个线程所有的acquire都被release，其他的线程才能获得资源。上面的例子如果使用RLock代替Lock，则不会发生死锁，二者的区别是：递归锁可以连续acquire多次，而互斥锁只能acquire一次

在RLock()中,每acquire()一次,计数器就加一,每release()一次,计数器就减一,只有计数器为0的时候,其他的线程才能抢到acquire(),保证了不会死锁.

from threading import Thread,RLock
import time

mutexA=mutexB=RLock() #一个线程拿到锁，counter加1,该线程内又碰到加锁的情况，则counter继续加1，这期间所有其他线程都只能等待，等待该线程释放所有锁，即counter递减到0为止

class MyThread(Thread):
    def run(self):
        self.func1()
        self.func2()
    def func1(self):
        mutexA.acquire()
        print('\033[41m%s 拿到A锁\033[0m' %self.name)

        mutexB.acquire()
        print('\033[42m%s 拿到B锁\033[0m' %self.name)
        mutexB.release()

        mutexA.release()

    def func2(self):
        mutexB.acquire()
        print('\033[43m%s 拿到B锁\033[0m' %self.name)
        time.sleep(2)

        mutexA.acquire()
        print('\033[44m%s 拿到A锁\033[0m' %self.name)
        mutexA.release()

        mutexB.release()

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        t=MyThread()
        t.start()

八信号量,Event,定时器

信号量

信号量也是一把锁，可以指定信号量为5，对比互斥锁同一时间只能有一个任务抢到锁去执行，信号量同一时间可以有5个任务拿到锁去执行，如果说互斥锁是合租房屋的人去抢一个厕所，那么信号量就相当于一群路人争抢公共厕所，公共厕所有多个坑位，这意味着同一时间可以有多个人上公共厕所，但公共厕所容纳的人数是一定的，这便是信号量的大小

from threading import Thread,Semaphore
import threading
import time

# def func():
#     sm.acquire()
#     print('%s get sm' %threading.current_thread().getName())
#     time.sleep(3)
#     sm.release()

with sm:  # 简写方法,自动在开头结尾加acquire(),release()
    print('%s get sm' %threading.current_thread().getName())
    time.sleep(3)

if __name__ == '__main__':
    sm=Semaphore(5)
    for i in range(23):
        t=Thread(target=func)
        t.start()

解析

Semaphore管理一个内置的计数器，
每当调用acquire()时内置计数器-1；
调用release() 时内置计数器+1；
计数器不能小于0；当计数器为0时，acquire()将阻塞线程直到其他线程调用release()。

Event

线程的一个关键特性是每个线程都是独立运行且状态不可预测。如果程序中的其他线程需要通过判断某个线程的状态来确定自己下一步的操作,这时线程同步问题就会变得非常棘手。为了解决这些问题,我们需要使用threading库中的Event对象。对象包含一个可由线程设置的信号标志,它允许线程等待某些事件的发生。在初始情况下,Event对象中的信号标志被设置为假。如果有线程等待一个Event对象, 而这个Event对象的标志为假,那么这个线程将会被一直阻塞直至该标志为真。一个线程如果将一个Event对象的信号标志设置为真,它将唤醒所有等待这个Event对象的线程。如果一个线程等待一个已经被设置为真的Event对象,那么它将忽略这个事件, 继续执行

from threading import Event

event.isSet()：返回event的状态值；

event.wait()：如果 event.isSet()==False将阻塞线程；

event.set()： 设置event的状态值为True，所有阻塞池的线程激活进入就绪状态， 等待操作系统调度；

event.clear()：恢复event的状态值为False。

image

例如，有多个工作线程尝试链接MySQL，我们想要在链接前确保MySQL服务正常才让那些工作线程去连接MySQL服务器，如果连接不成功，都会去尝试重新连接。那么我们就可以采用threading.Event机制来协调各个工作线程的连接操作

from threading import Thread,Event
import threading
import time,random
def conn_mysql():
    count=1
    while not event.is_set():
        if count > 3:
            raise TimeoutError('链接超时')
        print('<%s>第%s次尝试链接' % (threading.current_thread().getName(), count))
        event.wait(0.5)
        count+=1
    print('<%s>链接成功' %threading.current_thread().getName())


def check_mysql():
    print('\033[45m[%s]正在检查mysql\033[0m' % threading.current_thread().getName())
    time.sleep(random.randint(2,4))
    event.set()
if __name__ == '__main__':
    event=Event()
    conn1=Thread(target=conn_mysql)
    conn2=Thread(target=conn_mysql)
    check=Thread(target=check_mysql)

    conn1.start()
    conn2.start()
    check.start()

定时器

定时器，指定n秒后执行某操作

from threading import Timer

def hello():
    print("hello, world")

t = Timer(1, hello)
t.start()  # after 1 seconds, "hello, world" will be printed

九线程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')
'''

十进程池与线程池

介绍

官网：https://docs.python.org/dev/library/concurrent.futures.html

concurrent.futures模块提供了高度封装的异步调用接口
ThreadPoolExecutor：线程池，提供异步调用
ProcessPoolExecutor: 进程池，提供异步调用
Both implement the same interface, which is defined by the abstract Executor class.

基本方法

1、submit(fn, *args, **kwargs)
异步提交任务

2、map(func, *iterables, timeout=None, chunksize=1) 
取代for循环submit的操作

3、shutdown(wait=True) 
相当于进程池的pool.close()+pool.join()操作
wait=True，等待池内所有任务执行完毕回收完资源后才继续
wait=False，立即返回，并不会等待池内的任务执行完毕
但不管wait参数为何值，整个程序都会等到所有任务执行完毕
submit和map必须在shutdown之前

4、result(timeout=None)
取得结果

5、add_done_callback(fn)
回调函数

十一异步调用与回调机制

同步调用:
- 提交完任务后,原地等待该任务执行完毕,拿到结果,再执行下一行代码,导致程序是串行执行.
- rsponse = pool.submit(func1).result() 这里.result() 的作用是拿到func1的return值
- 然后执行func2(response)来处理结果
- 这样多个进程的话就成了串行执行.
异步调用:
- 提交完任务后,不再原地等待任务执行完毕
- pool.submit(func1).add_done_callback(func2)
- 自动将提交的任务func1执行的结果作为一个对象参数传给.add_done_callback(func2)中的func2,这里func2只接受一个参数,然后在func2中首先执行response = obj.result()拿到func1的return值,来进行下一步处理.

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor
from multiprocessing import Pool
import requests
import json
import os

def get_page(url):
    print('<进程%s> get %s' %(os.getpid(),url))
    respone=requests.get(url)
    if respone.status_code == 200:
        return {'url':url,'text':respone.text}

def parse_page(res):
    res=res.result()
    print('<进程%s> parse %s' %(os.getpid(),res['url']))
    parse_res='url:<%s> size:[%s]\n' %(res['url'],len(res['text']))
    with open('db.txt','a') as f:
        f.write(parse_res)


if __name__ == '__main__':
    urls=[
        'https://www.baidu.com',
        'https://www.python.org',
        'https://www.openstack.org',
        'https://help.github.com/',
        'http://www.sina.com.cn/'
    ]

    p=ProcessPoolExecutor(3)
    for url in urls:
        p.submit(get_page,url).add_done_callback(parse_page) #parse_page拿到的是一个future对象obj，需要用obj.result()拿到结果

最后编辑于：2018.09.26 21:59:12

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并发编程:线程,GIL全局解释器锁等

线程

一 threading模块介绍

二 开启线程的两种方式

练习题

三 多进程与多线程的区别

谁的开启速度快

PID

同一进程内的线程共享该进程的地址空间

四 Thread对象的其他属性或方法

五 线程守护

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前言:

GIL介绍

GIL与Lock

GIL与多线程

七 死锁现象与递归锁

一 死锁现象

二 递归锁

八 信号量,Event,定时器

信号量