python基礎(chǔ)之并發(fā)編程(一)
一、進(jìn)程（Process）
是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)
二、線程（Thread）
是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn) 程中的實(shí)際運(yùn)作單位。
三、并發(fā)編程解決方案：
1、多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)有 3 種方式：
- 多進(jìn)程模式；
- 多線程模式；
- 多進(jìn)程+多線程模式
四、多線程實(shí)現(xiàn) （兩種）
1、第一種 函數(shù)方法
# 方法包裝-啟動(dòng)多線程
from threading import Thread
from time import sleep, time
def func1(name):
print("Threading:{} start".format(name))
sleep(3)
print("Threading:{} end".format(name))
if __name__ == '__main__':
# 開(kāi)始時(shí)間
start = time()
# 創(chuàng)建線程列表
t_list = []
# 循環(huán)創(chuàng)建線程
for i in range(10):
t = Thread(target=func1, args=('t{}'.format(i),))
t.start()
t_list.append(t)
# 等待線程結(jié)束
for t in t_list:
t.join()
# 計(jì)算使用時(shí)間
end = time() - start
print(end)
2、第二種 類方法包裝
# 類包裝-啟動(dòng)多線程
from threading import Thread
from time import sleep, time
class MyThread(Thread):
def __init__(self,name):
Thread.__init__(self)
self.name =name
def run(self):
print("Threading:{} start".format(self.name))
sleep(3)
print("Threading:{} end".format(self.name))
if __name__ == '__main__':
# 開(kāi)始時(shí)間
start = time()
# 創(chuàng)建線程列表
t_list = []
# 循環(huán)創(chuàng)建線程
for i in range(10):
t = MyThread('t{}'.format(i))
t.start()
t_list.append(t)
# 等待線程結(jié)束
for t in t_list:
t.join()
# 計(jì)算使用時(shí)間
end = time() - start
print(end)
注意：
主線程不會(huì)等待子線程運(yùn)行結(jié)束，如果需要等待可使用 join()方法不要啟動(dòng)線程后立即 join()，很容易造成串行運(yùn)行，導(dǎo)致并發(fā)失效
五、守護(hù)線程與子線程
1、線程在分法有：
主線程：程序的本身
子線程：在程序另開(kāi)起的線程
2、守護(hù)線程
主要的特征是它的生命周期。主線程死亡，它也就隨之 死亡
# 類包裝-啟動(dòng)多線程
from threading import Thread
from time import sleep, time
class MyThread(Thread):
def __init__(self,name):
Thread.__init__(self)
self.name =name
def run(self):
print("Threading:{} start".format(self.name))
sleep(3)
print("Threading:{} end".format(self.name))
if __name__ == '__main__':
# 開(kāi)始時(shí)間
start = time()
# 循環(huán)創(chuàng)建線程
for i in range(10):
t = MyThread('t{}'.format(i))
t.setDaemon(True)
t.start()
# 計(jì)算使用時(shí)間
end = time() - start
print(end)
六、鎖
from threading import Thread
def func1(name):
print('Threading:{} start'.format(name))
global num
for i in range(50000000): # 有問(wèn)題
#for i in range(5000): # 無(wú)問(wèn)題
num += 1
print('Threading:{} end num={}'.format(name, num))
if __name__ == '__main__':
num =0
# 創(chuàng)建線程列表
t_list = []
# 循環(huán)創(chuàng)建線程
for i in range(5):
t = Thread(target=func1, args=('t{}'.format(i),))
t.start()
t_list.append(t)
# 等待線程結(jié)束
for t in t_list:
t.join()
Python 使用線程的時(shí)候，會(huì)定時(shí)釋放 GIL 鎖，這時(shí)會(huì) sleep,所以才會(huì)出現(xiàn)上面的問(wèn)題。 面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，如果要解決此問(wèn)題，我們可以使用 Lock 鎖解決此問(wèn)題（ 加鎖的目的是：保證數(shù)據(jù)安全）
from threading import Thread,Lock
def func1(name):
# 獲取鎖
lock.acquire()
with lock:
global count
for i in range(100000):
count += 1
# 釋放鎖
lock.release()
if __name__ == "__main__":
count = 0
t_list = []
# 創(chuàng)建鎖對(duì)象
lock = Lock()
for i in range(10):
t = Thread(target=func1,args=(f't{i+1}',))
t.start()
t_list.append(t)
for t in t_list:
t.join()
print(count)
七、死鎖
from threading import Thread, Lock #Lock 鎖 同步鎖 互斥鎖
from time import sleep
def fun1():
lock1.acquire()
print('fun1 拿到鍵盤')
sleep(2)
lock2.acquire()
print('fun1 拿到鼠標(biāo)')
lock2.release()
print('fun1 釋放鼠標(biāo)')
lock1.release()
print('fun1 釋放鍵盤')
def fun2():
lock2.acquire()
print('fun2 拿到鼠標(biāo)')
lock1.acquire()
print('fun2 拿到鍵盤')
lock1.release()
print('fun2 釋放鍵盤')
lock2.release()
print('fun2 釋放鼠標(biāo)')
if __name__ == '__main__':
lock1 = Lock()
lock2 = Lock()
t1 = Thread(target=fun1)
t2 = Thread(target=fun2)
t1.start()
t2.start()
from threading import RLock
'''
Lock 鎖 同步鎖 互斥鎖
RLock 遞歸鎖
'''
def func1():
lock.acquire()
print('func1獲取鎖')
func2()
lock.release()
print('func1釋放鎖')
def func2():
lock.acquire()
print('func2獲取鎖')
lock.release()
print('func2釋放鎖')
def func3():
func1()
func2()
if __name__ == "__main__":
#lock = Lock() 會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤
lock = RLock()
func3()
八、信號(hào)量（Semaphore）
我們都知道在加鎖的情況下，程序就變成了串行，也就是單線程，而有時(shí)，我們?cè)诓挥每?慮數(shù)據(jù)安全時(shí)，為了避免業(yè)務(wù)開(kāi)啟過(guò)多的線程時(shí)。我們就可以通過(guò)信號(hào)量（Semaphore）來(lái) 設(shè)置指定個(gè)數(shù)的線程。（比如：電梯每次只能承載三個(gè)人，那么同時(shí)只能有三個(gè)人乘坐，其他人只能等別人做完才能乘坐）
from time import sleep
from threading import Thread
from threading import BoundedSemaphore
def index(num):
lock.acquire()
print(f'第{num}個(gè)人乘坐??！')
sleep(2)
lock.release()
if __name__ == "__main__":
lock = BoundedSemaphore(3)
for i in range(10):
t = Thread(target=index,args=(f'{i+1}',))
t.start()
九、事件(Event)
Event()可以創(chuàng)建一個(gè)事件管理標(biāo)志，該標(biāo)志（event）默認(rèn)為 False，event 對(duì)象主要有 四種方法可以調(diào)用：
1、 event.wait(timeout=None)：調(diào)用該方法的線程會(huì)被阻塞，如果設(shè)置了 timeout 參數(shù)，超時(shí)后，線程會(huì)停止阻塞繼續(xù)執(zhí)行；
2、event.set()：將 event 的標(biāo)志設(shè)置為 True，調(diào)用 wait 方法的所有線程將被喚 醒；
3、event.clear()：將 event 的標(biāo)志設(shè)置為 False，調(diào)用 wait 方法的所有線程將被 阻塞；
4、event.is_set()：判斷 event 的標(biāo)志是否為 True。
十、線程通信-隊(duì)列
線程安全是多線程編程時(shí)的計(jì)算機(jī)程序代碼中的一個(gè)概念。在擁有共享數(shù)據(jù)的多條線程并 行執(zhí)行的程序中，線程安全的代碼會(huì)通過(guò)同步機(jī)制保證各個(gè)線程都可以正常且正確的執(zhí)行，不 會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)污染等意外情況
1使用的隊(duì)列的好處：
1. 安全
2. 解耦
3. 提高效率
2Queue模塊中的常用方法:
Python的Queue模塊中提供了同步的、線程安全的隊(duì)列類，包括FIFO（先入先出)隊(duì)列Queue，LIFO（后入先出）隊(duì)列LifoQueue，和優(yōu)先級(jí)隊(duì)列PriorityQueue。這些隊(duì)列都實(shí)現(xiàn)了鎖原語(yǔ)，能夠在多線程中直接使用?？梢允褂藐?duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間的同步
Queue.qsize()返回隊(duì)列的大小Queue.empty()如果隊(duì)列為空，返回True,反之FalseQueue.full()如果隊(duì)列滿了，返回True,反之FalseQueue.full與maxsize大小對(duì)應(yīng)Queue.get([block[, timeout]])獲取隊(duì)列，timeout等待時(shí)間Queue.get_nowait()相當(dāng)Queue.get(False)Queue.put(item)寫入隊(duì)列，timeout等待時(shí)間Queue.put_nowait(item) 相當(dāng)Queue.put(item, False)Queue.task_done()在完成一項(xiàng)工作之后，Queue.task_done()函數(shù)向任務(wù)已經(jīng)完成的隊(duì)列發(fā)送一個(gè)信號(hào)Queue.join()實(shí)際上意味著等到隊(duì)列為空，再執(zhí)行別的操作
十一、生產(chǎn)者和消費(fèi)者模式
生產(chǎn)者消費(fèi)者模式是通過(guò)一個(gè)容器來(lái)解決生產(chǎn)者和消費(fèi)者的強(qiáng)耦合問(wèn)題。生產(chǎn)者和消費(fèi)者 彼此之間不直接通訊，而通過(guò)阻塞隊(duì)列來(lái)進(jìn)行通訊，所以生產(chǎn)者生產(chǎn)完數(shù)據(jù)之后不用等待消費(fèi) 者處理，直接扔給阻塞隊(duì)列，消費(fèi)者不找生產(chǎn)者要數(shù)據(jù)，而是直接從阻塞隊(duì)列里取，阻塞隊(duì)列 就相當(dāng)于一個(gè)緩沖區(qū)，平衡了生產(chǎn)者和消費(fèi)者的處理能力。
from threading import Thread
from queue import Queue
from time import sleep
def producer():
num = 1
while True:
print(f'生產(chǎn)了{(lán)num}號(hào)皮卡丘')
qe.put(f'{num}號(hào)皮卡丘')
num += 1
sleep(1)
def consumer():
print('購(gòu)買了{(lán)}'.format(qe.get()))
sleep(2)
if __name__ == "__main__":
# 共享數(shù)據(jù)的容器
qe= Queue(maxsize=5)
# 創(chuàng)建生產(chǎn)者線程
t1 = Thread(target = producer)
# 創(chuàng)建消費(fèi)者線程
t2 = Thread(target = consumer)
# 創(chuàng)建消費(fèi)者線程
t3 = Thread(target = consumer)
# 開(kāi)始工作
t1.start()
t2.start()
t3.start()
總結(jié)
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