Python中的线程

一、线程的概念 

        一个进程里面至少有一个控制线程，进程的概念只是一种抽象的概念，真正在CPU上面调度的是进程里面的线程,就好比真正在地铁这个进程里面工作的实际上是地铁里面的线程,北京地铁里面至少要有一个线程，线程是真正干活的，线程用的是进程里面包含的一堆资源,线程仅仅是一个调度单位，不包含资源。

       什么时候需要开启多个线程：一个进程里面的多个线程共享这个进程里面的资源，因此如果多个任务共享同一块资源的时候，需要开启多个线程。 多线程指的是，在一个进程中开启多个线程，简单的说：如果多个任务共用同一个资源空间，那么必须在一个进程内开启多个线程。一个进程这个任务里面可能对应多个分任务，如果一个进程里面只开启一个线程的话，多个分任务之间实际上是串行的执行效果，即一个程序里面只含有一条执行路径。

       对于计算密集型应用，应该使用多进程;对于IO密集型应用，应该使用多线程。线程的创建比进程的创建开销小的多。

二、Python中线程的特点 

      在其他语言当中，一个进程里面开启多个线程，每个线程都可以给一个cpu去使用，但是在 python当中，在同一时刻，一个进程当中只能有一个线程处于运行状态。
 
     比如在其他语言当中，比如我现在开启了一个进程，这个进程当中含有几个线程，如果我现在有多个cpu，每一个线程是可以对应相应的CPU的。 

       但是在python当中，如果我们现在开启了一个进程，这个进程里面对应多个线程，同一时刻只有一个 
线程可以处于运行状态。 对于其他语言而言，在多CPU系统中，为了最大限度的利用多核，可以开启多个线程。 
但是Python中的多线程是利用不了多核优势的。
      
       在同一个进程当中，多个线程彼此之间可以相互通信；但是进程与进程之间的通信必须基于IPC这种 消息的通信机制（IPC机制包括队列和管道）。 在一个进程当中，改变主线程可能会影响其它线程的行为，但是改变父进程并不会影响其它子进程的行为，因为进程与进程之间是完全隔离的。 在python当中，在同一时刻同一进程当中只能同时有一个线程在运行，如果有一个线程使用了系统调用而阻塞，那么整个进程都会被挂起。

三、Python中进程池的相关概念

重要功能：

def apply(self, func, args=(), kwds={}):
    '''
    Equivalent of `func(*args, **kwds)`.
    '''
    assert self._state == RUN
    return self.apply_async(func, args, kwds).get()

作用:
在进程池中同步(打电话)的提交任务,若提交的前一个任务没有执行完,后一个任务则不能执行.
此时进程池中的任务将变为串行的效果.


def apply_async(self, func, args=(), kwds={}, callback=None,
        error_callback=None):
    '''
    Asynchronous version of `apply()` method.
    '''
    if self._state != RUN:
        raise ValueError("Pool not running")
    result = ApplyResult(self._cache, callback, error_callback)
    self._taskqueue.put(([(result._job, None, func, args, kwds)], None))
    return result


作用：
1.在进程池中异步(发短信)的提交任务,若提交的前一个任务没有执行完,后一个任务可以继续执行.
此时进程池中的任务将变为并行的效果.
2.在进程池当中虽然可以创建出同步对象,但是进程池当中最多只能同步的执行num个任务.
3.在进程池当中对象创建的顺序就是任务提交的顺序,但是创建之后并不一定得到执行,进程池中始终维护
num个任务在执行。
4.进程池当中始终共享着开始创建的那num个进程,减小了创建进程的开销.
5.向进程池中提交任务的顺序是一定的,但是进程池中任务执行的顺序是不一定的。


pool = Pool(processes=4):
Pool([numprocess  [,initializer [, initargs]]]):创建进程池
其中numprocess代表要创建的进程数，如果省略，将默认使用cpu_count()的值。

四、Python多线程创建

在Python中，同样可以实现多线程，有两个标准模块thread和threading，不过我们主要使用更高级的threading模块。使用例子：

import threading
import time
def target():
    print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
    time.sleep(1)
    print 'the curent threading  %s is ended' % threading.current_thread().name
print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
t = threading.Thread(target=target)
t.start()
t.join()
print 'the curent threading  %s is ended' % threading.current_thread().name
输出：
the curent threading  MainThread is running
the curent threading  Thread-1 is running
the curent threading  Thread-1 is ended
the curent threading  MainThread is ended

start是启动线程，join是阻塞当前线程，即使得在当前线程结束时，不会退出。从结果可以看到，主线程直到Thread-1结束之后才结束。

Python中，默认情况下，如果不加join语句，那么主线程不会等到当前线程结束才结束，但却不会立即杀死该线程。如不加join输出如下：

the curent threading  MainThread is running
the curent threading  Thread-1 is running
the curent threading  MainThread is ended
the curent threading  Thread-1 is ended

但如果为线程实例添加t.setDaemon(True)之后，如果不加join语句，那么当主线程结束之后，会杀死子线程。

代码：

import threading
import time
def target():
    print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
    time.sleep(4)
    print 'the curent threading  %s is ended' % threading.current_thread().name
print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
t = threading.Thread(target=target)
t.setDaemon(True)
t.start()
t.join()
print 'the curent threading  %s is ended' % threading.current_thread().name
输出如下：
the curent threading  MainThread is running
the curent threading  Thread-1 is runningthe curent threading  MainThread is ended

如果加上join,并设置等待时间，就会等待线程一段时间再退出：

import threading
import time
def target():
    print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
    time.sleep(4)
    print 'the curent threading  %s is ended' % threading.current_thread().name
print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
t = threading.Thread(target=target)
t.setDaemon(True)
t.start()
t.join(1)
输出：
the curent threading  MainThread is running
the curent threading  Thread-1 is running
the curent threading  MainThread is ended
主线程等待1秒，就自动结束，并杀死子线程。如果join不加等待时间，t.join(),就会一直等待，一直到子线程结束，输出如下：
the curent threading  MainThread is running
the curent threading  Thread-1 is running
the curent threading  Thread-1 is ended
the curent threading  MainThread is ended
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线程与锁交互示意图 

五、线程锁和ThreadLocal

（1）线程锁

对于多线程来说，最大的特点就是线程之间可以共享数据，那么共享数据就会出现多线程同时更改一个变量，使用同样的资源，而出现死锁、数据错乱等情况。

假设有两个全局资源，a和b，有两个线程thread1，thread2. thread1占用a，想访问b，但此时thread2占用b，想访问a，两个线程都不释放此时拥有的资源，那么就会造成死锁。

对于该问题，出现了Lock。 当访问某个资源之前，用Lock.acquire()锁住资源,访问之后，用Lock.release()释放资源。

a = 3
lock = threading.Lock()
def target():
    print 'the curent threading  %s is running' % threading.current_thread().name
    time.sleep(4)
    global a
    lock.acquire()
    try:
        a += 3
    finally:
        lock.release()
    print 'the curent threading  %s is ended' % threading.current_thread().name
    print 'yes'

用finally的目的是防止当前线程无线占用资源。

(2)ThreadLocal

介绍完线程锁，接下来出场的是ThreadLocal。当不想将变量共享给其他线程时，可以使用局部变量，但在函数中定义局部变量会使得在函数之间传递特别麻烦。ThreadLocal是非常牛逼的东西，它解决了全局变量需要枷锁，局部变量传递麻烦的两个问题。通过在线程中定义：
local_school = threading.local()
此时这个local_school就变成了一个全局变量，但这个全局变量只在该线程中为全局变量，对于其他线程来说是局部变量，别的线程不可更改。 def process_thread(name):# 绑定ThreadLocal的student: local_school.student = name

这个student属性只有本线程可以修改，别的线程不可以。代码：

local = threading.local()
def func(name):
    print 'current thread:%s' % threading.currentThread().name
    local.name = name
    print "%s in %s" % (local.name,threading.currentThread().name)
t1 = threading.Thread(target=func,args=('haibo',))
t2 = threading.Thread(target=func,args=('lina',))
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

从代码中也可以看到，可以将ThreadLocal理解成一个dict,可以绑定不同变量。

ThreadLocal用的最多的地方就是每一个线程处理一个HTTP请求，在Flask框架中利用的就是该原理，它使用的是基于Werkzeug的LocalStack。

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