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python——Thread类详解

青葱年少 • • Python • 阅读 67

threading

threading库是python的线程模型，利用threading库我们可以轻松实现多线程任务。

threading模块包含的类

包含常用的Thread，Queue，Lock，Event，Timer等类

threading模块常用方法

current_thread()

  • threading.current_thread() : 返回当前的Thread类对象（线程对象)
    在哪个线程中调用threading的current_thread方法就返回哪个线程。
import threading
# 在主线程中直接打印，可以看到返回主线程MainThread
print(threading.current_thread())  # <_MainThread(MainThread, started 22660)>
print(threading.current_thread().name)  # MainThread


import threading
import time

# 创建子线程，在子线程中打印，打印的是正在执行的子线程
def task():
    print('》》》线程：{thread}开始执行task'.format(thread=threading.current_thread().name))
    time.sleep(1)
    print('》》》线程：{thread}完成执行task'.format(thread=threading.current_thread().name))


t = threading.Thread(target=task, name='线程1')
t.start()

结果：

》》》线程：线程1开始执行task
》》》线程：线程1完成执行task

main_thread()

  • threading.main_thread() : 返回当前主线程对象。即：启动python解释器的线程对象
import threading
import time


def task():
    print('》》》线程：{thread}——开始执行task'.format(thread=threading.current_thread().name))
    time.sleep(1)
    print('》》》当前主线程：{thread}'.format(thread=threading.main_thread().name))
    print('》》》线程：{thread}——完成执行task'.format(thread=threading.current_thread().name))


t = threading.Thread(target=task, name='线程1')
t.start()

结果

》》》线程：线程1——开始执行task
》》》当前主线程：MainThread
》》》线程：线程1——完成执行task

get_ident()

  • threading.get_ident(): 返回当前线程的线程标识符。线程标识符是一个非负整数，并无特殊函数，只是用来标识线程，该整数可能会被循环利用。python3.3及以后版本支持该方法
import threading
import time


def task():
    print('》》》线程号：{}——开始执行task'.format(threading.get_ident()))
    time.sleep(5)


t1 = threading.Thread(target=task, name='线程1')
t1.start()

结果：

》》》线程号：35040——开始执行task

enumerate()

  • threading.enumerate(): 返回当前处于alive状态的所有Thread对象的list
    -alive状态指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。
import threading
import time


def task():
    print('》》》线程：{}——开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    time.sleep(5)
    print('》》》线程：{}——完成执行task'.format(threading.current_thread().name))


t1 = threading.Thread(target=task, name='线程1')
t1.start()
t2 = threading.Thread(target=task, name='线程2')
t2.start()
t3 = threading.Thread(target=task, name='线程3')
t3.start()
print(threading.enumerate())

结果：

[<_MainThread(MainThread, started 25232)>, <Thread(线程1, started 32200)>, <Thread(线程2, started 13064)>, <Thread(线程3, started 10452)>]

active_count()

  • threading.active_count() : 返回当前处于alive状态的线程个数
import threading
import time


def task():
    print('》》》线程：{thread}——开始执行task'.format(thread=threading.current_thread().name))
    time.sleep(5)
    print('》》》线程：{thread}——完成执行task'.format(thread=threading.current_thread().name))


t1 = threading.Thread(target=task, name='线程1')
t1.start()
t2 = threading.Thread(target=task, name='线程2')
t2.start()
t3 = threading.Thread(target=task, name='线程3')
t3.start()
time.sleep(0.1)
print('》》》当前活跃线程数：{}'.format(threading.active_count()))

结果：
可以看到活跃线程数为4，包括：主线程，线程1，线程2，线程3

》》》线程：线程1——开始执行task
》》》线程：线程2——开始执行task
》》》线程：线程3——开始执行task
》》》当前活跃线程数：4
》》》线程：线程3——完成执行task
》》》线程：线程1——完成执行task
》》》线程：线程2——完成执行task

stack_size

  • threading.stack_size([size]): 返回创建线程时使用的栈的大小。如果指定size参数，则用来指定后续创建的线程使用的栈大小，size必须是0（0表示使用系统默认值）或大于32K的正整数。
import threading

# 输出当前线程栈的大小 
print(threading.stack_size())  # 0
# 设置后续线程栈的大小
threading.stack_size(43*1024)  # 43*1024=44032
print(threading.stack_size())  # 44032

Thread类

Thread类是threading标准库中最重要的一个类。
你可以通过实例化Thread类，创建Thread对象，来创建线程。
你也可以通过继承Thread类创建派生类，并重写__init__和run方法，实现自定义线程对象类。

创建线程

1.实例化Thread类

通过实例化Thread类，来创建线程，通过target传入函数，即线程需要做的任务。
Thread类的构造函数：

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

target：传入目标函数的名称
name：为线程名，一般命名格式为：Thread-N (N为small decimal number)
args：传入目标函数的参数，格式为元组。若目标函数需传关键字参数，可直接传入构造函数关键字组成的字典，无需传到任何参数。
daemon：标明此线程是否为守护线程（后文介绍），默认为False。

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    time.sleep(seconds)


t1 = threading.Thread(target=task, args=(5,), name='Thread-1')
print(t1)  # <Thread(Thread-1, initial)>

2.继承Thread类

创建子类继承Thread，通常重写run方法，在run方法写线程需要做的任务，然后实例化你创建的子类。
此方式具体原因请看下文的run方法。

启动线程

start()方法

调用Thread实例的start方法，会启动线程的活动。 每个线程对象最多只能调用一次。多次调用将引发RuntimeError错误。
线程启动后，将在子线程中，执行线程target传入的函数

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    time.sleep(seconds)
    print('》》》线程：{},结束执行task'.format(threading.current_thread().name))


t1 = threading.Thread(target=task, args=(1,), name='Thread-1')
t1.start()  # 启动线程后，将在子线程中执行task函数

结果：

》》》线程：Thread-1,开始执行task
》》》线程：Thread-1,结束执行task

run()方法

用来实现线程的功能与业务逻辑，可以在子类中重写该方法来自定义线程的行为。
start()方法启动线程，实际上也是调用了run方法，在run方法中又调用了target传入的函数。
所以根本上，线程的功能和业务逻辑是在run方法去实现的，我们通过实例化Thread类target传入的功能函数也只是在run方法中去调了这个函数。
如果run方法没有被重写，并且target被定义，则会按照父类Thread的逻辑，直接调用实例化线程时传入target的方法，否则什么也不做。
Thread类中的run方法

如果你不想直接实例化Thread类，通过target传入线程的功能和业务逻辑，
你可以创建Thread的子类，且此子类的run方法被重写，启动此子类实例化的线程，则会直接调用重写的run方法的内容，target传入的函数则不会再被调用，除非你重写的run方法中人为调用了target传入的函数。所以在这种情况下，也不用再单独写个函数传入target。

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    time.sleep(seconds)
    print('》》》线程：{},结束执行task'.format(threading.current_thread().name))


class MyThread(threading.Thread):
    def run(self) -> None:
        print('run_test')

# Mythread类重写了run方法，则线程调用重写的run方法，target传入的函数将不起作用
t1 = MyThread(target=task, args=(1,), name='Thread-1')
t1.start()

结果：

run_test

综上，可以得出，如果你想创建线程：
1.可以直接通过创建实例化Thread类创建，并且通过target传入你想做的事情。
2.继承Thread类，重写run方法，在run方法中写你想做的事情，然后实例化你创建的子类。

线程执行顺序

在默认情况下，线程执行：

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    while seconds > 0:
        print('》》》线程：{0},倒计时：{1}秒'.format(threading.current_thread().name, seconds))
        time.sleep(1)
        seconds -= 1

    print('》》》线程：{},结束执行task'.format(threading.current_thread().name))


t1 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-1')
t2 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-2')

t1.start()
t2.start()

print('》》》主线程打印：主线程的print')
print('》》》主线程打印：当前存活线程：{}'.format(threading.enumerate()))

结果：

》》》线程：Thread-1,开始执行task
》》》线程：Thread-1,倒计时：2秒
》》》线程：Thread-2,开始执行task
》》》主线程打印：主线程的print
》》》线程：Thread-2,倒计时：2秒
》》》主线程打印：当前存活线程：[<_MainThread(MainThread, started 19876)>, <Thread(Thread-1, started 24152)>, <Thread(Thread-2, started 35436)>]
》》》线程：Thread-1,倒计时：1秒
》》》线程：Thread-2,倒计时：1秒
》》》线程：Thread-1,结束执行task
》》》线程：Thread-2,结束执行task

由结果可以看出:
主线程代码顺序执行创建t1，t2两个Thread实例
子线程t1开始执行，并执行倒计时，遇到time的sleep阻塞时，释放GIL锁
此时,子线程t2开始执行
主线程的执行不受t1和t2两个子线程的影响，代码走到这，直接正常执行主线程打印
子线程t2执行倒计时，遇到time的sleep阻塞时,释放GIL锁，
主线程继续正常执行，打印当前存活线程。
子线程t2释放GIL锁之后，被子线程t1拿到，两者交替完成任务。

由以上可以看出：
1.主线程代码顺序执行，不会受子线程阻塞的影响。
2.主线程代码执行完毕后，会等待所有子线程执行完毕。
3.子线程遇到阻塞，会释放GIL锁，其他子线程继续执行，交替完成。

如果你想让子线程启动后，主线程代码阻塞，那么你可以使用子线程的join方法。
如果你想让主线程执行完毕后，不再等待未完成的子线程，可以将子线程设置为守护线程。

join()方法

Thread实例的join(timeout=None)方法用于阻塞主线程，可以想象成将某个子线程的执行过程插入(join)到主线程的时间线上，主线程的后续代码延后执行。
通俗地说就是是子线程告诉主线程，你要在设置join的位置等我执行完毕你再往下执行。

  • 一个线程中调用另一个线程的join方法，调用者将被阻塞，直到被调用线程终止(正常退出或者抛出未处理的异常或者到达timeout的等待时间)。
  • timeout参数指定调用者等待多久，如果没有设置超时，就一直等到被调用线程结束。
  • 一个线程可以被join多次。
  • join一定要在线程启动以后调用。

在上文线程执行顺序代码中，加入线程调用join方法：

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    while seconds > 0:
        print('》》》线程：{0},倒计时：{1}秒'.format(threading.current_thread().name, seconds))
        time.sleep(1)
        seconds -= 1

    print('》》》线程：{},结束执行task'.format(threading.current_thread().name))


t1 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-1')
t2 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-2')

t1.start()
t2.start()

t1.join()  # 主线程调用t1线程的join方法，那么主线程(调用者)将被阻塞，直到t1(被调用者)执行结束。
t2.join()

print('》》》主线程打印：主线程的print')
print('》》》主线程打印：当前存活线程：{}'.format(threading.enumerate()))

结果：

》》》线程：Thread-1,开始执行task
》》》线程：Thread-1,倒计时：2秒
》》》线程：Thread-2,开始执行task
》》》线程：Thread-2,倒计时：2秒
》》》线程：Thread-1,倒计时：1秒
》》》线程：Thread-2,倒计时：1秒
》》》线程：Thread-2,结束执行task
》》》线程：Thread-1,结束执行task
》》》主线程打印：主线程的print
》》》主线程打印：当前存活线程：[<_MainThread(MainThread, started 37320)>]

可以发现，主线程被阻塞掉，t1,t2线程执行完毕后，主线程打印函数才执行

daemon线程(守护线程)

上文提到，主线程代码执行完毕后，会等待所有子线程执行完毕，整个程序才退出。
因为子线程默认为【非守护线程】，主线程代码执行完毕，各子线程会继续运行，直到所有【非守护线程】结束，python程序退出。

如何理解守护线程：
是为守护别人而存在，当设置为守护线程后，被守护的主线程不存在后，守护线程也自然不存在，直接结束。
所以说，守护线程是不被考虑，爱允许到哪运行到哪，主线程不关心，不等待。可以理解为随时可以被终止的线程。

试用场景：
后台任务。如：发送心跳包，监控，这种场景最多
主线程工作时，才有用的线程。如：主线程中维护公共的资源，主线程已经清理了，准备退出，而工作线程使用这些资源工作也没有意义了，一起退出最合适。

注意：
如果daemon线程使用了join方法，主线程仍然会被阻塞，等待此线程执行完毕后主线程才会退出，所以这个线程的守护就没有意义了，它仍然是主线程需要等待线程。

所以如果你想让主线程执行完毕后，不再等待未完成的子线程，可以将子线程设置为守护线程(避开使用join方法):

daemon=True
  • 实例化Thread时，传入daemon为True,标明此线程为守护线程
    t1 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-1', daemon=True)
setDaemon(daemonic)方法

调用线程实例的setDaemon(daemonic)方法，daemonic传入True或者False。可以在线程创建以后再设置线程为守护线程。

  • 务必在线程start前进行设置，否则会报异常。
t2 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-2')
t2.setDaemon(True)

直接对其daemon属性进行复制也行

t2 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-2')
t2.daemon = True

让我们来看一下守护线程的效果：

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    while seconds > 0:
        print('》》》线程：{0},倒计时：{1}秒'.format(threading.current_thread().name, seconds))
        time.sleep(1)
        seconds -= 1

    print('》》》线程：{},结束执行task'.format(threading.current_thread().name))


t1 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-1', daemon=True)
t2 = threading.Thread(target=task, args=(2,), name='Thread-2')
t2.setDaemon(True)
t1.start()
t2.start()

print('》》》主线程打印：主线程的print')
print('》》》主线程打印：当前存活线程：{}'.format(threading.enumerate()))

结果：

》》》线程：Thread-1,开始执行task
》》》线程：Thread-1,倒计时：2秒
》》》线程：Thread-2,开始执行task
》》》主线程打印：主线程的print
》》》线程：Thread-2,倒计时：2秒》》》主线程打印：当前存活线程：[<_MainThread(MainThread, started 33608)>, <Thread(Thread-1, started daemon 36944)>, <Thread(Thread-2, started daemon 36532)>]

从以上结果可以看出，主线程打印完毕后，程序直接退出，因为t1和t2线程都是守护线程，都不被主线程关心，不被主线程等待。

Thread实例的其他属性和方法

属性含义
name只是一个名字，只是个标识，可以重复
ident线程ID，它是非0整数，线程启动后才会有ID，否则为None，线程退出后此ID仍旧可以访问，此ID可以重复使用
daemon是否为daemon线程的布尔值
方法含义
is_alive()返回线程是否活着
isDaemon()返回线程是否为守护线程
getName()返回线程名。
setName()设置线程名。

多个线程创建使用

在需要创建多个线程时，可以将线程放入列表中，start，join方法都可以试用for循环进行调用。
第一个for循环同时启动了所有子线程，随后在第二个for循环中执行t.join() ，主线程实际被阻塞的总时长等于其中执行时间最长的一个子线程。
一定注意：所以线程必须全部start完毕，才可以进行join，所以start和join的for循环要分开写。

import threading
import time


def task(seconds):
    print('》》》线程：{},开始执行task'.format(threading.current_thread().name))
    time.sleep(1)
    # while seconds > 0:
    #     print('》》》线程：{0},倒计时：{1}秒'.format(threading.current_thread().name, seconds))
    #     time.sleep(1)
    #     seconds -= 1

    print('》》》线程：{},结束执行task'.format(threading.current_thread().name))


thread_list = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=task, name="Thread-" + str(i + 1), args=(1,))
    thread_list.append(t)

for thread in thread_list:
    thread.start()

for thread in thread_list:
    thread.join()

print('》》》主线程打印：主线程的print')
print('》》》主线程打印：当前存活线程：{}'.format(threading.enumerate()))

结果：

》》》线程：Thread-1,开始执行task
》》》线程：Thread-2,开始执行task
》》》线程：Thread-3,开始执行task
》》》线程：Thread-2,结束执行task
》》》线程：Thread-1,结束执行task
》》》线程：Thread-3,结束执行task
》》》主线程打印：主线程的print
》》》主线程打印：当前存活线程：[<_MainThread(MainThread, started 31036)>]

Process finished with exit code 0

Timer类

threading.Timer继承自Thread，所以就是线程类，具有线程的能力和特征，他的实例能够延时执行目标函数的线程，相当于一个定时器。

并且在到达既定时间真正执行目标函数之前，你都可以cancel，撤销执行。

实例创建：

threading.timer(interval, function, args=None, kwargs=None)

start方法执行以后，Timer对象处于等待状态，既定时间到后，开始执行function函数

import threading


def add(x, y):
    print(x, y)

# 3秒钟之后执行线程
t = threading.Timer(3, add, args=(4, 5))
t.start()
print(threading.enumerate())  # [<_MainThread(MainThread, started 4301424000)>, <Timer(Thread-1, started 6184873984)>]

t.cancel()

只要这个Timer还没正式启动，还在等待，就可以使用cancel()方法停止掉

如果时间已经到了，函数已经开始执行了，那么这个cancel就没有任何效果了

import threading
import time


def add(x, y):
    print(x, y)


t = threading.Timer(3, add, args=(4, 5))
t.start()

time.sleep(2)
t.cancel()
print('主线程打印')

以上代码在线程未到执行时间前，执行了cancel方法，进行了撤回，所以线程不会再启动。

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