Python 创建线程

简介

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，是程序执行过程中的单个并发执行流。Python提供了多线程编程的支持，可以使用threading模块来创建和管理线程。本文将详细介绍Python创建线程的方法和使用。

什么是线程

线程是属于同一个进程的不同执行路径，每个线程都拥有独立的栈空间和程序计数器。不同线程之间可以共享进程的资源，如全局变量和堆内存。

线程的优点是能够提高程序的并发性，通过同时执行多个任务，提升系统的吞吐量。但也需要注意线程之间的竞争条件和同步问题。

threading模块

Python提供了threading模块来支持多线程编程。该模块提供了线程类、锁、条件变量、信号量等工具，可以方便地创建和管理线程。

创建线程

要创建一个线程，首先需要导入threading模块，并从threading模块中继承Thread类。

import threading

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, thread_id):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.thread_id = thread_id

    def run(self):
        print("Thread", self.thread_id, "is running")

上述代码中，我们创建了一个自定义的线程类MyThread，继承自threading.Thread类。MyThread类有一个构造方法__init__用于初始化线程属性，以及一个run方法作为线程的执行体。

启动线程

要启动一个线程，需要创建线程实例，并调用线程的start方法。

my_thread = MyThread(1)
my_thread.start()

等待线程结束

如果我们希望等待一个线程执行结束，可以使用join方法。这样主线程将等待子线程执行完成后再继续执行。

my_thread = MyThread(1)
my_thread.start()
my_thread.join()
print("All threads finished")

线程执行的顺序

多线程在执行时，并不能保证线程的执行顺序。可以通过设置线程的优先级来改变线程被调度的概率，但并不能100%保证。

线程同步和互斥

在多线程编程中，可能会出现多个线程访问和操作共享资源的情况。为了避免竞争条件和不一致的结果，我们需要进行线程同步和互斥。

使用threading模块提供的Lock类，可以实现简单的互斥。

import threading

shared_var = 0
lock = threading.Lock()

def thread_fun():
    global shared_var
    lock.acquire()  # 获取锁
    shared_var += 1
    lock.release()  # 释放锁

上述代码中，我们使用了一个全局变量shared_var，然后使用Lock类来保护对该变量的操作。通过acquire方法获取锁，执行对shared_var的操作，然后使用release方法释放锁。

线程间通信

线程之间通信是指多个线程之间通过共享变量、队列等进行数据交换的过程。线程间通信可以实现数据共享和协作处理。

使用队列进行线程间通信

Queue类是一个线程安全的队列，可以用来在不同线程之间传递数据。

import threading
import queue

q = queue.Queue()

def thread_fun():
    global q
    q.put("Hello from thread")

thread = threading.Thread(target=thread_fun)
thread.start()
thread.join()

message = q.get()
print(message)

上述代码中，我们创建了一个Queue对象q，然后在子线程thread_fun中向队列中放入一个消息。主线程使用q.get()方法从队列中获取消息。

使用事件进行线程间通信

Event对象可以用来进行线程间的条件通知。一个线程可以等待一个事件的发生，而其它一个线程可以触发这个事件。

import threading

event = threading.Event()

def thread_fun():
    print("Thread is waiting for event")
    event.wait()
    print("Thread received the event")

thread = threading.Thread(target=thread_fun)
thread.start()

event.set()  # 触发事件

上述代码中，我们创建了一个Event对象event。子线程在执行过程中，使用event.wait()方法等待事件的发生。在主线程中使用event.set()方法触发事件。

示例代码运行结果

Thread 1 is running
All threads finished
Hello from thread
Thread is waiting for event
Thread received the event

总结

Python的多线程编程使用threading模块，能够方便地创建和管理线程。通过继承Thread类，我们可以定义自己的线程类，并重写run方法实现线程的执行体。

在多线程编程中，需要注意线程之间的同步和互斥，可以使用Lock类来实现简单的互斥。

同时，还可以使用Queue类和Event对象进行线程间通信，实现数据共享和协作处理。

通过合理地使用多线程，我们可以提高程序的并发性和执行效率，实现更加高效的程序设计。