Python并发编程(3)——Python多线程详解介绍

news2024/11/26 5:51:17

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Python 的多线程入门是非常简单的，直接导入threading模块就可以开始多线程之旅了。模块 threading 是标准库中的一个强大工具，它提供了丰富的接口来支持多线程编程。

Python多线程示例

以下是一个简单的多线程示例，我们就针对这个示例来讲解多线程的相关知识，这是一个非常简单的多线程例子，但是却包含了 Python 多线程的骨架，一些复杂的多线程代码都是从这些骨架衍生出去的。

import threading

def thread_task(num):
    for i in range(num):
        print(f"print thread: {i}")

def main():
    num = 10
    t = threading.Thread(target=thread_task, args=(num,))
    t.start()

    for i in range(0, -10, -1):
        print(f"print main: {i}")
    
    t.join()

    print("All threads have finished.")

if __name__ == "__main__":
    main()

运行该程序，会有下面输出：

print thread: 0
print thread: 1
print thread: 2print main: 0
print thread: 3

print thread: 4print main: -1
print thread: 5

print thread: 6print main: -2
print main: -3
print main: -4

print thread: 7
print thread: 8
print main: -5
print main: -6
print thread: 9
print main: -7
print main: -8
print main: -9

All threads have finished.

在上面示例中，我们定义了一个函数 thread_task，它接受一个参数 num 并在线程中打印消息。在 main 函数中我们启动所有线程，并使用 join() 方法等待它们完成，整体来讲这个代码非常的简单。

如果你多运行几次，会发现每次输出都是不一样的，不一样，比较正常，因为多线程会交替执行，只是打印有点奇怪，print thread: 2打印之后没有换行直接打印后面一条，具体原因后面会说，只要知道，这是一个 Python 多线程的代码就可以了。

创建线程

利用 Python 创建多线程是非常简单的，直接使用 threading.Thread 类创建线程对象，并将目标函数作为 target 参数传递。

thread = threading.Thread(target=thread_function, args=(i,))

这里的 thread_function 是做为函数参数传递进去的，至于什么时候执行这个函数，就是 Thread 内部的事情，对外表现就是调用 start 的时候执行。args=(i,) 是传递的参数，这里是个元组的形式进行传递的。

当然，我们也可以用参数 kwargs={key : value} 进行字典类型的参数传递，怎么方便怎么用吧。

thread = threading.Thread(target=thread_function, kwargs={"name" : "alittlesir"})

启动线程

创建线程之后，就可以通过调用线程对象的 start() 方法来启动线程。

thread.start()

这个方法没有太多可以介绍的，只不过如果大家有查看 threading 源码的话，可以看到有个 run 的方法，看字面意思好像也是启动线程用的，实际上你调用 start 方法的时候，这个方法也会被调用，它在新线程中被调用，用于执行线程的目标函数。当你创建一个 Thread 对象时，你可以通过 target 参数指定一个函数，这个函数将在新线程中执行。这个目标函数实际上会在 Thread 对象的 run() 方法中被调用。

也就是说你可以重写这个方法，多用于继承 threading.Thread，重写一个自己的线程类，实现一个自己的 run 方法，类似以下这样：

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        super().__init__()
        self.name = name

    def run(self):
        print(f"Starting {self.name}")
        for i in range(5):  
            time.sleep(1)
            print(f"Thread {self.name} - {i}")
        print(f"Finished {self.name}")

def main():
    t1 = MyThread(name="Thread-1")
    t2 = MyThread(name="Thread-2")

    t1.start()  # 这将调用 t1.run()
    t2.start()  # 这将调用 t2.run()

    t1.join()
    t2.join()

if __name__ == "__main__":
    main()

在这个示例中，我们定义了一个 MyThread 类，它继承自 threading.Thread。我们重写了 run() 方法，以自定义线程的行为。然后，我们创建了两个 MyThread 实例并启动它们。每个线程都会执行其 run() 方法中的代码。

之所以在 Thread 类的 run 方法的存在是为了提供一种机制，使得用户可以通过继承 Thread 类并重写 run 方法来自定义线程的行为，可以理解为是一种扩展性的设计，平时可能不需要关系这个方法。

start()：用于启动线程，它会导致线程开始执行 run() 方法。
run()：是一个可以被重写的方法，用于定义线程的行为。通常不需要直接调用，除非你在调试或测试时需要手动触发线程的行为。

等待线程结束

调用线程对象的 join() 方法来等待线程结束，这确保了主程序在子线程完成之前不会退出。当一个线程对象调用 join() 方法时，主线程（通常是启动线程的那个线程）将会被阻塞，直到调用 join() 方法的线程完成其执行。

thread.join()

函数参数：

timeout：可选参数，指定等待线程完成的最大时间（以秒为单位）。如果指定了 timeout，join() 方法将在超时后返回，即使线程尚未完成。

所以可以知道，join方法的作用：

等待线程完成：join() 方法确保主线程在当前线程完成之前不会继续执行。这在确保线程执行顺序或等待后台线程完成清理工作时非常有用。
防止主线程过早退出：在多线程程序中，如果主线程（程序运行的主要线程）先于子线程完成执行，程序可能会在子线程完成之前退出。使用 join() 方法可以确保主线程（或其他特定线程）等待所有子线程完成后再退出。

既然 join 方法会阻塞主线程，那么没有join方法，而主线程比子线程先跑完，这时候子线程会怎么样嗯？直接退出还是继续跑完呢？

答案是会继续跑完！

在 Python 中，当主线程执行完毕时，它会等待所有通过 threading 模块启动的子线程完成，然后才会退出程序。这是因为 threading 模块会确保所有由它管理的线程都完成，即使没有显式调用 join() 方法。

这是一个例子，展示了即使没有使用 join() 方法，子线程仍然会执行完毕：

import threading
import time

def thread_function():
    print("Thread starting")
    time.sleep(2)
    print("Thread finishing")

def main():
    print("Main starting")
    thread = threading.Thread(target=thread_function)
    thread.start()
    # 注意这里没有调用 thread.join()
    print("Main finishing")

if __name__ == "__main__":
    main()