Threading 模塊從Python 1.5.2版開(kāi)始出現(xiàn)，用于增強(qiáng)底層的多線程模塊 thread 。Threading 模塊讓操作多線程變得更簡(jiǎn)單穴豫，并且支持程序同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作渤滞。

注意，Python 中的多線程最好用于處理有關(guān) I/O 的操作因俐，如從網(wǎng)上下載資源或者從本地讀取文件或者目錄拇惋。如果你要做的是 CPU 密集型操作，那么你需要使用 Python 的 multiprocessing 模塊抹剩。這樣做的原因是撑帖，Python 有一個(gè)全局解釋器鎖 (GIL)，使得所有子線程都必須運(yùn)行在同一個(gè)主線程中澳眷。正因?yàn)槿绱撕伲?dāng)你通過(guò)多線程來(lái)處理多個(gè) CPU 密集型任務(wù)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上運(yùn)行的更慢钳踊。因此衷敌，我們將重點(diǎn)放在那些多線程最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域：I/O 操作！

線程簡(jiǎn)介

多線程能讓你像運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的程序一樣運(yùn)行一段長(zhǎng)代碼拓瞪。這有點(diǎn)像調(diào)用子進(jìn)程（subprocess）缴罗，不過(guò)區(qū)別是你調(diào)用的是一個(gè)函數(shù)或者一個(gè)類(lèi)，而不是獨(dú)立的程序吴藻。在我看來(lái)瞒爬，舉例說(shuō)明更有助于解釋。下面來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

這里沟堡，我們導(dǎo)入 threading 模塊并且創(chuàng)建一個(gè)叫 doubler 的常規(guī)函數(shù)侧但。這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)值，然后把這個(gè)值翻一番航罗。它還會(huì)打印出調(diào)用這個(gè)函數(shù)的線程的名稱(chēng)禀横，并在最后打印一行空行。然后在代碼的最后一塊粥血，我們創(chuàng)建五個(gè)線程并且依次啟動(dòng)它們柏锄。在我們實(shí)例化一個(gè)線程時(shí)，你會(huì)注意到复亏，我們把 doubler 函數(shù)傳給 target 參數(shù)趾娃，同時(shí)也給 doubler 函數(shù)傳遞了參數(shù)。Args 參數(shù)看起來(lái)有些奇怪缔御，那是因?yàn)槲覀冃枰獋鬟f一個(gè)序列給 doubler 函數(shù)抬闷，但它只接受一個(gè)變量，所以我們把逗號(hào)放在尾部來(lái)創(chuàng)建只有一個(gè)參數(shù)的序列。

需要注意的是笤成，如果你想等待一個(gè)線程結(jié)束评架，那么需要調(diào)用 join() 方法。

當(dāng)你運(yùn)行以上這段代碼炕泳，會(huì)得到以下輸出內(nèi)容：

當(dāng)然纵诞，通常情況下你不會(huì)希望輸出打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出。如果不幸真的這么做了培遵，那么最終的顯示效果將會(huì)非痴丬剑混亂。你應(yīng)該使用 Python 的 logging 模塊荤懂。它是線程安全的茁裙，并且表現(xiàn)出色塘砸。讓我們用logging 模塊修改上面的例子并且給我們的線程命名节仿。代碼如下：

代碼中最大的改變就是加入了 get_logger 函數(shù)。這段代碼將創(chuàng)建一個(gè)被設(shè)置為調(diào)試級(jí)別的日志記錄器掉蔬。它將日志保存在當(dāng)前目錄（即腳本運(yùn)行所在的目錄）下廊宪，然后設(shè)置每行日志的格式。格式包括時(shí)間戳女轿、線程名箭启、日志記錄級(jí)別以及日志信息。

在 doubler 函數(shù)中蛉迹，我們把 print 語(yǔ)句換成 logging 語(yǔ)句傅寡。你會(huì)注發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)建線程時(shí)北救，我們給 doubler 函數(shù)傳入了 logger 對(duì)象荐操。這樣做的原因是，如果在每個(gè)線程中實(shí)例化 logging 對(duì)象珍策，那么將會(huì)產(chǎn)生多個(gè) logging 單例（singleton）托启，并且日志中將會(huì)有很多重復(fù)的內(nèi)容。

最后攘宙，創(chuàng)建一個(gè)名稱(chēng)列表屯耸，然后使用 name 關(guān)鍵字參數(shù)為每一個(gè)線程設(shè)置具體名稱(chēng)，這樣就可以為線程命名蹭劈。運(yùn)行以上代碼疗绣，將會(huì)得到包含以下內(nèi)容的日志文件：

輸出結(jié)果不言自明，所以繼續(xù)介紹其他內(nèi)容铺韧。在本節(jié)中再多說(shuō)一點(diǎn)多矮，即通過(guò)繼承threading.Thread 實(shí)現(xiàn)多線程。舉最后一個(gè)例子祟蚀，通過(guò)繼承 threading.Thread 創(chuàng)建子類(lèi)工窍，而不是直接調(diào)用 Thread 函數(shù)割卖。

更新后的代碼如下：

這個(gè)例子中，我們只是創(chuàng)建一個(gè)繼承于 threading.Thread 的子類(lèi)患雏。像之前一樣鹏溯，傳入一個(gè)需要翻一番的數(shù)字，以及 logging 對(duì)象淹仑。但是這次丙挽，設(shè)置線程名稱(chēng)的方式有點(diǎn)不太一樣，變成了通過(guò)調(diào)用 thread 對(duì)象的 setName 方法來(lái)設(shè)置匀借。不過(guò)仍然需要調(diào)用 start 來(lái)啟動(dòng)線程颜阐，不過(guò)你可能注意到我們并不需要在子類(lèi)中定義該方法。當(dāng)調(diào)用 start 時(shí)吓肋，它會(huì)通過(guò)調(diào)用 run 方法來(lái)啟動(dòng)線程凳怨。在我們的類(lèi)中，我們調(diào)用 doubler 函數(shù)來(lái)做處理是鬼。輸出結(jié)果中除了一些添加的額外信息內(nèi)容幾乎差不多肤舞。運(yùn)行下這個(gè)腳本，看看你會(huì)得到什么均蜜。

線程鎖與線程同步

當(dāng)你有多個(gè)線程李剖，就需要考慮怎樣避免線程沖突。我的意思是說(shuō)囤耳，你可能遇到多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一資源的情況篙顺。如果不考慮這些問(wèn)題并且制定相應(yīng)的解決方案，那么在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品過(guò)程中充择，你總會(huì)在最糟糕的時(shí)候遇到這些棘手的問(wèn)題德玫。

解決辦法就是使用線程鎖。鎖由 Python 的 threading 模塊提供聪铺，并且它最多被一個(gè)線程所持有化焕。當(dāng)一個(gè)線程試圖獲取一個(gè)已經(jīng)鎖在資源上的鎖時(shí)，該線程通常會(huì)暫停運(yùn)行铃剔，直到這個(gè)鎖被釋放撒桨。來(lái)讓我們看一個(gè)非常典型沒(méi)有卻應(yīng)具備鎖功能的例子：

如果往以上代碼添加time.sleep函數(shù)并給出不同長(zhǎng)度的時(shí)間，可能會(huì)讓這個(gè)例子更有意思键兜。無(wú)論如何凤类，這里的問(wèn)題是，一個(gè)線程可能已經(jīng)調(diào)用update_total函數(shù)并且還沒(méi)有更新完成普气，此時(shí)另一個(gè)線程也有可能調(diào)用它并且嘗試更新內(nèi)容谜疤。根據(jù)操作執(zhí)行順序的不同，該值可能只被增加一次。

讓我們給這個(gè)函數(shù)添加鎖夷磕。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)履肃。第一種方式是使用try/finally，從而確保鎖肯定會(huì)被釋放坐桩。下面是示例：

如上尺棋，在我們做任何處理之前就獲取鎖。然后嘗試更新 total 的值绵跷，最后釋放鎖并打印出 total 的當(dāng)前值膘螟。事實(shí)上，我們可以使用 Python 的 with 語(yǔ)句避免使用try/finally這種較為繁瑣的語(yǔ)句：

正如你看到的那樣碾局，我們不再需要try/finally作為上下文管理器荆残，而是由 with 語(yǔ)句作為替代。

當(dāng)然你也會(huì)遇到要在代碼中通過(guò)多個(gè)線程訪問(wèn)多個(gè)函數(shù)的情況净当。當(dāng)你第一次編寫(xiě)并發(fā)代碼時(shí)内斯，代碼可能是這樣的：

這樣的代碼在上面的情況下能夠正常工作，但假設(shè)你有多個(gè)線程都調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)呢蚯瞧。當(dāng)一個(gè)線程正在運(yùn)行這兩個(gè)函數(shù)嘿期，然后另外一個(gè)線程也可能會(huì)修改這些數(shù)據(jù)，最后得到的就是不正確的結(jié)果埋合。問(wèn)題是，你甚至可能沒(méi)有馬上意識(shí)到結(jié)果錯(cuò)了萄传。有什么解決辦法呢甚颂？讓我們?cè)囍页龃鸢浮?/p>

通常首先想到的就是在調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)的地方上鎖。讓我們?cè)囍薷纳厦娴睦有懔猓薷某扇缦滤荆?/p>

當(dāng)你真正運(yùn)行這段代碼時(shí)振诬，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它只是掛起了。究其原因衍菱，是因?yàn)槲覀冎桓嬖Vthreading模塊獲取鎖赶么。所以當(dāng)我們調(diào)用第一個(gè)函數(shù)時(shí)，它發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng)被獲取脊串，隨后便把自己掛起了辫呻，直到鎖被釋放，然而這將永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生琼锋。

真正的解決辦法是使用重入鎖（Re-Entrant Lock）放闺。threading 模塊提供的解決辦法是使用RLock 函數(shù)。即把lock = threading.lock()替換為lock = threading.RLock()缕坎，然后重新運(yùn)行代碼怖侦，現(xiàn)在代碼就可以正常運(yùn)行了。

如果你想在線程中運(yùn)行以上代碼，那么你可以用以下代碼取代直接調(diào)用 main 函數(shù)：

每個(gè)線程都會(huì)運(yùn)行 main 函數(shù)匾寝，main 函數(shù)則會(huì)依次調(diào)用另外兩個(gè)函數(shù)搬葬。最終也會(huì)產(chǎn)生 10 組結(jié)果集。

定時(shí)器

Threading 模塊有一個(gè)優(yōu)雅的 Timer 類(lèi)艳悔，你可以用它來(lái)實(shí)現(xiàn)在指定時(shí)間后要發(fā)生的動(dòng)作踩萎。它們實(shí)際上會(huì)啟動(dòng)自己的自定義線程，通過(guò)調(diào)用常規(guī)線程上的 start() 方法即可運(yùn)行很钓。你也可以調(diào)用它的cancel 方法停止定時(shí)器香府。值得注意的是，你甚至可以在開(kāi)始定時(shí)器之前取消它码倦。

有一天企孩，我遇到一個(gè)特殊的情況：我需要與已經(jīng)啟動(dòng)的子進(jìn)程通信，但是我需要它有超時(shí)處理袁稽。雖然處理這種特殊問(wèn)題有很多不同的方法勿璃，不過(guò)我最喜歡的解決方案是使用 threading 模塊的 Timer 類(lèi)。

在下面這個(gè)例子中推汽，我們將使用 ping 指令作為演示补疑。在 Linux 系統(tǒng)中，ping 命令會(huì)一直運(yùn)行下去直到你手動(dòng)殺死它歹撒。所以在 Linux 世界里莲组，Timer 類(lèi)就顯得非常方便。示例如下：

這里我們?cè)?lambda 表達(dá)式中調(diào)用 kill 殺死進(jìn)程暖夭。接下來(lái)啟動(dòng) ping 命令锹杈，然后創(chuàng)建 Timer 對(duì)象。你會(huì)注意到迈着，第一個(gè)參數(shù)就是需要等待的秒數(shù)竭望，第二個(gè)參數(shù)是需要調(diào)用的函數(shù)，緊跟其后的參數(shù)是要調(diào)用函數(shù)的入?yún)⒃２ぁＴ诒纠幸澹覀兊暮瘮?shù)是一個(gè) lambda 表達(dá)式，傳入的是一個(gè)只有一個(gè)元素的列表奴潘。如果你運(yùn)行這段代碼旧烧，它應(yīng)該會(huì)運(yùn)行 5 秒鐘，然后打印出 ping 的結(jié)果萤彩。

其他線程組件

Threading 模塊包含對(duì)其他功能的支持粪滤。例如，你可以創(chuàng)建信號(hào)量（Semaphore）雀扶，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最古老的同步原語(yǔ)之一杖小∷列冢基本上，一個(gè)信號(hào)量管理一個(gè)內(nèi)置的計(jì)數(shù)器予权。當(dāng)你調(diào)用 acquire 時(shí)計(jì)數(shù)器就會(huì)遞減昂勉，相反當(dāng)你調(diào)用 release 時(shí)就會(huì)遞增。根據(jù)其設(shè)計(jì)扫腺，計(jì)數(shù)器的值無(wú)法小于零岗照，所以如果正好在計(jì)數(shù)器為零時(shí)調(diào)用 acquire 方法，該方法將阻塞線程笆环。

譯者注：通常使用信號(hào)量時(shí)都會(huì)初始化一個(gè)大于零的值攒至，如semaphore = threading.Semaphore(2)

另一個(gè)非常有用的同步工具就是事件（Event）。它允許你使用信號(hào)（signal）實(shí)現(xiàn)線程通信躁劣。在下一節(jié)中我們將舉一個(gè)使用事件的實(shí)例迫吐。

最后，在Python 3.2中加入了 Barrier 對(duì)象账忘。Barrier 是管理線程池中的同步原語(yǔ)志膀，在線程池中多條線程需要相互等待對(duì)方。如果要傳遞 barrier鳖擒，每一條線程都要調(diào)用 wait() 方法溉浙，在其他線程調(diào)用該方法之前線程將會(huì)阻塞。全部調(diào)用之后將會(huì)同時(shí)釋放所有線程蒋荚。

線程通信

某些情況下戳稽，你會(huì)希望線程之間互相通信。就像先前提到的圆裕，你可以通過(guò)創(chuàng)建 Event 對(duì)象達(dá)到這個(gè)目的广鳍。但更常用的方法是使用隊(duì)列（Queue）。在我們的例子中吓妆，這兩種方式都會(huì)有所涉及。下面讓我們看看到底是什么樣子的：

讓我們掰開(kāi)揉碎分析一下吨铸。首先行拢，我們有一個(gè)創(chuàng)建者（creator）函數(shù)（亦稱(chēng)作生產(chǎn)者（producer）），我們用它來(lái)創(chuàng)建想要操作（或者消費(fèi)）的數(shù)據(jù)诞吱。然后用另外一個(gè)函數(shù)my_consumer 來(lái)處理剛才創(chuàng)建出來(lái)的數(shù)據(jù)舟奠。Creator 函數(shù)使用 Queue 的 put 方法向隊(duì)列中插入數(shù)據(jù)，消費(fèi)者將會(huì)持續(xù)不斷的檢測(cè)有沒(méi)有更多的數(shù)據(jù)房维，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)處理數(shù)據(jù)沼瘫。Queue 對(duì)象處理所有的獲取鎖和釋放鎖的過(guò)程，這些不用我們太關(guān)心咙俩。

在這個(gè)例子中耿戚，先創(chuàng)建一個(gè)列表湿故，然后創(chuàng)建兩個(gè)線程，一個(gè)用作生產(chǎn)者膜蛔，一個(gè)作為消費(fèi)者坛猪。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們給兩個(gè)線程都傳遞了 Queue 對(duì)象良漱，這兩個(gè)線程隱藏了關(guān)于鎖處理的細(xì)節(jié)丙唧。隊(duì)列實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從第一個(gè)線程到第二個(gè)線程的傳遞坑傅。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程把數(shù)據(jù)放入隊(duì)列時(shí)，同時(shí)也傳遞一個(gè) Event 事件就斤，緊接著掛起自己，等待該事件結(jié)束蘑辑。在消費(fèi)者側(cè)洋机，也就是第二個(gè)線程，則做數(shù)據(jù)處理工作以躯。當(dāng)完成數(shù)據(jù)處理后就會(huì)調(diào)用 Event 事件的 set 方法槐秧，通知第一個(gè)線程已經(jīng)把數(shù)據(jù)處理完畢了，可以繼續(xù)生產(chǎn)了忧设。

最后一行代碼調(diào)用了 Queue 對(duì)象的 join 方法刁标，它會(huì)告知 Queue 等待所有線程結(jié)束。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程把所有數(shù)據(jù)都放到隊(duì)列中址晕，它也就運(yùn)行結(jié)束了膀懈。

結(jié)束語(yǔ)

以上涵蓋了關(guān)于線程的諸多方面，主要包括：

線程基礎(chǔ)知識(shí)

鎖的工作方式

什么是事件以及如何使用

如何使用定時(shí)器

通過(guò) Queues/Events 實(shí)現(xiàn)線程間通信

現(xiàn)在你們知道如何使用線程以及線程擅長(zhǎng)什么了谨垃，希望在你們的代碼中能有它們的用武之地启搂。