Python并发编程：线程和多线程的使用

最新推荐文章于 2024-09-17 08:29:36 发布

TiYong

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分类专栏： python学习笔记文章标签： python 开发语言 windows 算法 vscode 数据结构

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/TiYong/article/details/136967828

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本文详细介绍了Python中的线程和多线程概念，包括线程的工作原理、创建和管理、Python的GIL特性、线程同步与数据共享，以及线程池的使用。同时提到了多线程编程的选择和注意事项，如线程安全策略和不同场景下的并发解决方案。

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前面的文章，我们讲了什么Python的许多基础知识，现在我们开始对Python并发编程进行学习。我们将探讨 Python 中线程和多线程的使用。帮助大家更好地理解如何使用这种技术。

在编程中，并发编程允许程序同时执行多个独立的任务，这些任务可以在同一时间段内部分地重叠执行，从而提高程序的效率和响应性。在Python 中，并发编程可以通过多种方式实现，其中包括线程（Threads）和进程（Processes）。

1. 线程（Threads）

学过操作系统的同学都知道，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。也即是说，一个进程可以拥有多个线程，这些线程共享进程的资源，但每个线程拥有自己的执行堆栈和局部变量。相对于进程而言，线程更加轻量级，创建和销毁的开销更小。

1.1 Python 中的线程工作原理

Python 的标准库提供了 threading 模块来进行多线程编程。线程是由操作系统的线程实现来管理的，这意味着 Python 的线程可以利用操作系统的多线程功能。

Python 的全局解释器锁（Global Interpreter Lock，GIL）是一个影响多线程执行的重要因素。GIL 实际上是一个互斥锁，它确保了在解释器级别上同一时刻只有一个线程在执行 Python 字节码。也就是说，在 CPU 密集型任务中，多线程并不能充分利用多核处理器。但在 I/O 密集型任务中，多线程可以提供更好的性能，因为线程在等待 I/O 操作完成时可以让出 GIL。

线程的优势和限制：

优势	限制
简单易用	GIL 的影响
共享内存	线程安全
适用于 I/O 密集型任务	不适用于 CPU 密集型任务

2. 创建和管理线程

threading 模块，可以轻松地创建和管理线程。学习线程的知识，包括：创建线程、启动和停止线程，以及线程的生命周期和状态。下面我们一一介绍。

2.1 创建线程

首先，让我们看一下如何使用 threading 模块创建线程。

import threading
import time

def task(name, delay):
    print(f"Thread {name} is starting...")
    time.sleep(delay)
    print(f"Thread {name} is done.")

# 创建线程
thread1 = threading.Thread(target=task, args=("Thread 1", 2))
thread2 = threading.Thread(target=task, args=("Thread 2", 1))

# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待线程结束
thread1.join()
thread2.join()

print("All threads are done.")

这里，我们定义了一个 task 函数作为线程的执行函数，接受线程的名称和延迟时间作为参数。然后我们创建了两个线程 thread1 和 thread2，分别执行 task 函数，并启动它们。最后，我们等待所有线程执行完毕，并输出 "All threads are done."。

输出如下：

Thread Thread 1 is starting...
Thread Thread 2 is starting...
Thread Thread 2 is done.
Thread Thread 1 is done.
All threads are done.

2.2 线程的生命周期和状态

线程的生命周期包括创建、就绪、运行、阻塞和终止几个阶段。如下所示：

上面的例子中，我们通过 start() 方法启动了线程，使其进入就绪状态，然后线程调度器负责将其转换为运行状态，执行 task 函数。当 task 函数中的 time.sleep(delay) 被调用时，线程将进入阻塞状态，等待一定时间后再次进入就绪状态，直到任务完成。最后，通过 join() 方法等待线程结束，线程进入终止状态。

线程的状态可以