Python10 python多线程

1.什么是python多线程

Python的多线程指的是在一个Python程序中同时运行多个线程，以达到并发执行多个任务的目的。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。

在Python中，多线程的实现通常依赖于内置的threading模块，这个模块允许用户创建和管理线程。使用多线程可以使得程序能够在等待某些事件（如输入/输出操作）完成时，继续执行其他任务，从而提高程序的整体效率和响应速度。

Python多线程的特点：

• 全局解释器锁（GIL） ：Python的标准实现（CPython）中有一个称为全局解释器锁（GIL）的机制，它确保任何时候只有一个线程执行Python字节码。这意味着即便是在多核处理器上，使用多线程也不会带来线程真正并行执行的性能提升。因此，Python的多线程主要适用于处理I/O密集型任务，而不是计算密集型任务。

• 并发而非并行：由于GIL的存在，Python的多线程更多的是实现并发执行，而不是真正的并行执行。并发意味着任务在宏观上同时进行，但在任一时刻，实际上只有一个任务在单个CPU核心上运行。

• 适用场景 ：Python多线程非常适合I/O密集型任务，比如网络交互、文件读写等，因为在这些操作中，线程的大部分时间都在等待外部事件完成，而CPU计算需求不高。

2.单线程

下面的示例代码展示了单线程执行的线性特性，即程序中的任务按照它们被调用的顺序依次执行。每个任务都必须等待前一个任务完成后才能开始执行。这种方式在处理涉及等待或延时的任务时可能不够高效，因为它不能同时进行多个任务。

代码示例：

from time import ctime,sleep  # 从time模块导入ctime和sleep函数，ctime用于获取当前时间并以易读的字符串形式返回，sleep用于使程序暂停执行指定的秒数
print('当前时间是:%s'%ctime())  # 打印当前的时间，%s是格式化字符串，用于在字符串中插入变量，这里插入的是ctime()函数返回的当前时间字符串

# 单线程
from time import ctime,sleep
# 定义两个函数 music和movie用于模拟听音乐和看电影的活动
def music(what):
    # 在每个函数内部有一个for循环，循环两次，每次循环打印当前正在进行的活动及当前的时间，然后通过sleep(1)暂停1秒，模拟正在进行活动的时间消耗
    for i in range(2):
        print("我正在听音乐:%s，当前时间是：%s"%(what,ctime()))
        sleep(1)
def movie(what):
    for i in range(2):
        print("我正在看电影:%s,当前时间为：%s"%(what,ctime()))
        sleep(1)
music('你曾是少年')
movie('泰坦尼克号')
print('今天结束，当前时间为:%s'%ctime())

运行结果：

3.多线程

下面的示例代码展示了如何使用Python的threading模块来创建和运行多线程程序，通过这种方式，可以同时执行多个任务。但是需要注意的是，由于设置了守护线程 (Daemon Threads)，所以两个活动在主线程结束后也终止了，实际并没有按照设定的运行时间完成。守护线程表示当一个线程被设置为守护线程后，它就代表不重要的或在后台运行的服务。最重要的是，当所有非守护线程（即主线程）结束时，守护线程会被强制终止。

# 多线程
from time import ctime,sleep
import threading

def music(what):
    for i in range(2):
        print("我正在听音乐:%s，当前时间是：%s"%(what,ctime()))
        sleep(2)
def movie(what):
    for i in range(2):
        print("我正在看电影:%s,当前时间为：%s"%(what,ctime()))
        sleep(5)
# 开启线程
# 创建一个空列表 threads，用于存储所有线程
# 创建两个线程对象 th1 和 th2，分别指定目标函数music和movie，以及传递给这些函数的参数
# 将创建的线程对象添加到threads列表中
threads=[]
th1=threading.Thread(target=music,args=('你曾是少年',))
threads.append(th1)
th2=threading.Thread(target=movie,args=('泰坦尼克号',))
threads.append(th2)

# 执行线程
for th in threads:  # 循环遍历threads列表，启动每个线程
    th.daemon=True  # 使用setDaemon(True)将线程设置为守护线程。守护线程是一种在后台运行的线程，它的运行不会阻止主程序退出。当主程序退出时，守护线程会被自动终止。
    th.start()  # 使用start()方法启动线程
print('*****:听音乐和看电影结束{}'.format(ctime()))

# 在多线程环境中，线程的执行顺序和完成时间是不确定的，依赖于操作系统的线程调度
# 在.py执行后，从执行结果来看，子线程（muisc 、move ）和主线程（print('*****:听音乐和看电影结束{}'.format(ctime()))）都是同一时间启动，但由于主线程执行完结束，所以导致子线程也终止

运行结果：

可以通过阻塞主线程的方式 th.join() 来实现确保音乐和电影的活动能够完全完成。

# 多线程
from time import ctime,sleep
import threading

def music(what):
    for i in range(2):
        print("我正在听音乐:%s，当前时间是：%s"%(what,ctime()))
        sleep(2)
def movie(what):
    for i in range(2):
        print("我正在看电影:%s,当前时间为：%s"%(what,ctime()))
        sleep(5)
# 开启线程
threads=[]
th1=threading.Thread(target=music,args=('丑八怪',))
threads.append(th1)
th2=threading.Thread(target=movie,args=('摔跤吧爸爸',))
threads.append(th2)

# 执行线程
for th in threads:
    th.daemon=True
    th.start()
th.join()  # 阻塞主线程
print('*****:听音乐和看电影结束{}'.format(ctime()))

运行结果：

4.单&多线程对比

import threading  # 导入threading包
from time import sleep
import time
 
def task1(): 
    print ("Task 1 executed." )
    sleep(3)
 
def task2():
    print ("Task 2 executed." )
    sleep(5)
     
print("多线程：")
starttime=time.time();  # 记录开始时间
threads = []  # 创建一个线程列表，用于存放需要执行的子线程
t1 = threading.Thread(target=task1)  # 创建第一个子线程，子线程的任务是调用task1函数，注意函数名后不能有（）
threads.append(t1)  # 将这个子线程添加到线程列表中
t2 = threading.Thread(target=task2)  # 创建第二个子线程
threads.append(t2)  # 将这个子线程添加到线程列表中
 
for t in threads:  # 遍历线程列表
    t.daemon=True  # 将线程声明为守护线程，必须在start() 方法调用之前设置，如果不设置为守护线程程序会被无限挂起
    t.start() #启动子线程
for t in threads:  # 再次遍历线程列表
    t.join()  # 等待每个线程完成
    
endtime=time.time()  # 记录程序结束时间
totaltime=endtime-starttime  # 计算程序执行耗时
print ("耗时：{0:.5f}秒" .format(totaltime))  # 格式输出耗时
print('---------------------------')
 
# 以下为普通的单线程执行过程
print("单线程：")
starttime=time.time()
task1()
task2()
endtime=time.time()
totaltime=endtime-starttime
print ("耗时：{0:.5f}秒" .format(totaltime))
print('主线程')

运行结果：

5.创建和管理定时任务

示例代码演示了如何在 Python 中使用 threading.Timer 类来创建和管理定时任务。threading.Timer 是线程模块中的一个功能，用于在指定的时间后执行一个函数，并且可以重复设置以周期性地执行。

import threading
import time

def fun_timer():  # 定义计时器函数
    print("hello timer")  # 每次调用计时器函数，打印hello timer
    global timer
    timer=threading.Timer(2.5,fun_timer)  # 创建一个新的 threading.Timer 对象。这个定时器被设置为 2.5 秒后再次执行 fun_timer 函数，实现定时任务的周期性执行
    timer.start()  # 启动定时器
timer=threading.Timer(1,fun_timer)  # 初始化一个定时器，设置为1秒后执行fun_timer函数，这是整个周期性执行的起点
timer.start()  # 激活定时器
time.sleep(15)  # time.sleep(15)会让主线程暂停15秒，期间fun_timer将被周期性地调用
timer.cancel()  # 停止定时器

运行结果：

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