Python多线程详细体验-51CTO.COM

线程是处理器调度和分配的基本单位，进程则作为资源拥有的基本单位。每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它各种系统资源组成。线程是进程内部的一个执行单元。每一个进程至少有一个主执行线程，它无需由用户去主动创建，是由系统自动创建的。用户根据需要在应用程序中创建其它线程，多个线程并发地运行于同一个进程中。

一、创建线程的方式-threading

方法1

在实例化一个线程对象时，将要执行的任务函数以参数的形式传入threading：

# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import threading
import datetime


def printNumber(n: int) -> None:
    while True:
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        print(f'{times}-{n}')
        time.sleep(n)


for i in range(1, 3):
    t = threading.Thread(target=printNumber, args=(i,))
    t.start()

# 输出
2022-12-16 11:04:40-1
2022-12-16 11:04:40-2
2022-12-16 11:04:41-1
2022-12-16 11:04:42-2
2022-12-16 11:04:42-1
2022-12-16 11:04:43-1
2022-12-16 11:04:44-2
2022-12-16 11:04:44-1
2022-12-16 11:04:45-1
2022-12-16 11:04:46-2
2022-12-16 11:04:46-1
2022-12-16 11:04:47-1
....
Process finished with exit code -1

创建两个线程，一个线程每隔一秒打印一个“1”，另一个线程每隔2秒打印一个“2”Thread 类提供了如下的 init() 构造器，可以用来创建线程：

__init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs=None, *,daemon=None)

此构造方法中，以上所有参数都是可选参数，即可以使用，也可以忽略。其中各个参数的含义如下：

group：指定所创建的线程隶属于哪个线程组（此参数尚未实现，无需调用）；
target：指定所创建的线程要调度的目标方法（最常用）；
args：以元组的方式，为 target 指定的方法传递参数；
kwargs：以字典的方式，为 target 指定的方法传递参数；
daemon：指定所创建的线程是否为后代线程。

这些参数，初学者只需记住 target、args、kwargs 这 3 个参数的功能即可。但是线程需要手动启动才能运行，threading 模块提供了 start() 方法用来启动线程。因此在上面程序的基础上，添加如下语句：t.start()

方法2

通过继承 Thread 类，我们可以自定义一个线程类，从而实例化该类对象，获得子线程。

需要注意的是，在创建 Thread 类的子类时，必须重写从父类继承得到的 run() 方法。因为该方法即为要创建的子线程执行的方法，其功能如同第一种创建方法中的 printNumber() 自定义函数。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    t.start()

# 输出
2022-12-16 12:43:24-1
2022-12-16 12:43:24-2
2022-12-16 12:43:25-1
2022-12-16 12:43:26-2
2022-12-16 12:43:26-1
2022-12-16 12:43:27-1
2022-12-16 12:43:28-2
...

二、主线程和子线程

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数，否则无法创建线程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            _count = threading.active_count()
            threading_name = threading.current_thread().getName()
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}-"当前活跃的线程个数：{_count}"-"当前线程的名称是"：{threading_name}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    t.start()
    print(threading.current_thread().getName())

# 输出
2022-12-16 13:18:00-1-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-1
MainThread
2022-12-16 13:18:00-2-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
MainThread

2022-12-16 13:18:01-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 13:18:02-2-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
2022-12-16 13:18:02-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 13:18:03-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 13:18:04-2-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
2022-12-16 13:18:04-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
...

注意：第一次t.start()后，当前存在两个线程（主线程+子线程），第二次t.start()的时候又创建了一个子线程所以当前存在三个线程。

如果程序中不显式创建任何线程，则所有程序的执行，都将由主线程 MainThread 完成，程序就只能按照顺序依次执行。

此程序中，子线程 Thread-1和Thread-2 执行的是 run() 方法中的代码，而 MainThread 执行的是主程序中的代码，它们以快速轮换 CPU 的方式在执行。

三、守护线程（Daemon Thread）

守护线程（Daemon Thread）也叫后台进程，它的目的是为其他线程提供服务。如果其他线程被杀死了，那么守护线程也就没有了存在的必要。因此守护线程会随着非守护线程的消亡而消亡。Thread类中，子线程被创建时默认是非守护线程，我们可以通过setDaemon(True)将一个子线程设置为守护线程。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数，否则无法创建线程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            _count = threading.active_count()
            threading_name = threading.current_thread().getName()
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}-"当前活跃的线程个数：{_count}"-"当前线程的名称是"：{threading_name}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    t.setDaemon(True)
    t.start()

    print(threading.current_thread().getName())
    
    
# 输出
2022-12-16 13:27:46-1-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-1
MainThread
2022-12-16 13:27:46-2-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
MainThread

将两个子线程改写为守护线程，因为当主程序中的代码执行完后，主线程就可以结束了，这时候被设定为守护线程的两个子线程会被杀死，然后主线程结束。

注意，当前台线程死亡后，Python 解释器会通知后台线程死亡，但是从它接收指令到做出响应需要一定的时间。如果要将某个线程设置为后台线程，则必须在该线程启动之前进行设置。也就是说，将 daemon 属性设为 True，必须在 start() 方法调用之前进行，否则会引发 RuntimeError 异常。

若将两个子线程的其中一个设置为守护线程，另一个设置为非守护线程：

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数，否则无法创建线程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        while True:
            _count = threading.active_count()
            threading_name = threading.current_thread().getName()
            times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            print(f'{times}-{self.n}-"当前活跃的线程个数：{_count}"-"当前线程的名称是"：{threading_name}')
            time.sleep(self.n)


for i in range(1, 3):
    t = MyThread(i)
    if i == 1:
        t.setDaemon(True)
    t.start()

    print(threading.current_thread().getName())
 
# 输出
2022-12-16 13:30:17-1-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-1
MainThread

2022-12-16 13:30:17-2-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
MainThread

2022-12-16 13:30:18-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 13:30:19-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 13:30:19-2-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
2022-12-16 13:30:20-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-1
...

此时非守护线程作为前台程序还在继续执行，守护线程就还有“守护”的意义，就会继续执行。

四、join()方法

不使用join方法

当设置多个线程时，在一般情况下（无守护线程，setDeamon=False），多个线程同时启动，主线程执行完，会等待其他子线程执行完，程序才会退出。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数，否则无法创建线程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        _count = threading.active_count()
        threading_name = threading.current_thread().getName()
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        time.sleep(1)
        print(f'{times}-{self.n}-"当前活跃的线程个数：{_count}"-"当前线程的名称是"：{threading_name}')


start_time = time.time()
print(f'{start_time},这是主线程：', threading.current_thread().name)
for i in range(5):
    t = MyThread(i)
    # t.setDaemon(True)
    t.start()
    # t.join()
end_time = time.time()
print(f'{end_time},主线程结束了！', threading.current_thread().name)
print('一共用时：', end_time - start_time)

# 输出
1671174404.6552384,这是主线程：MainThread
1671174404.656239,主线程结束了！MainThread
一共用时：0.0010006427764892578
2022-12-16 15:06:44-0-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 15:06:44-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
2022-12-16 15:06:44-2-"当前活跃的线程个数：4"-"当前线程的名称是"：Thread-3
2022-12-16 15:06:44-3-"当前活跃的线程个数：5"-"当前线程的名称是"：Thread-4
2022-12-16 15:06:44-4-"当前活跃的线程个数：6"-"当前线程的名称是"：Thread-5

我们的计时是对主线程计时，主线程结束，计时随之结束，打印出主线程的用时。主线程的任务完成之后，主线程随之结束，子线程继续执行自己的任务，直到全部的子线程的任务全部结束，程序结束。

使用join()方法

主线程任务结束之后，进入阻塞状态，一直等待调用join方法的子线程执行结束之后，主线程才会终止。下面的例子是让t调用join()方法。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数，否则无法创建线程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        _count = threading.active_count()
        threading_name = threading.current_thread().getName()
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        time.sleep(1)
        print(f'{times}-{self.n}-"当前活跃的线程个数：{_count}"-"当前线程的名称是"：{threading_name}')


start_time = time.time()
print(f'{start_time},这是主线程：', threading.current_thread().name)
for i in range(5):
    t = MyThread(i)
    # t.setDaemon(True)
    t.start()
    t.join()
end_time = time.time()
print(f'{end_time},主线程结束了！', threading.current_thread().name)
print('一共用时：', end_time - start_time)


# 输出
1671174502.0245655,这是主线程：MainThread
2022-12-16 15:08:22-0-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 15:08:23-1-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-2
2022-12-16 15:08:24-2-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-3
2022-12-16 15:08:25-3-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-4
2022-12-16 15:08:26-4-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-5
1671174507.0313594,主线程结束了！MainThread
一共用时：5.006793975830078

Process finished with exit code 0

join()方法的timeout参数

join的语法结构为join(timeout=None)，可以看到join()方法有一个timeout参数，其默认值为None，而参数timeout可以进行赋值，其含义是指定等待被join的线程的时间最长为timeout秒，也就是说当在timeout秒内被join的线程还没有执行结束的话，就不再进行等待了。

# -*- coding: utf-8 -*-
import datetime
import time
import threading


class MyThread(threading.Thread):

    def __init__(self, n):
        self.n = n
        # 注意：一定要调用父类的初始化函数，否则无法创建线程
        super().__init__()

    def run(self) -> None:
        _count = threading.active_count()
        threading_name = threading.current_thread().getName()
        times = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        time.sleep(5)
        print(f'{times}-{self.n}-"当前活跃的线程个数：{_count}"-"当前线程的名称是"：{threading_name}')


start_time = time.time()
print(f'{start_time},这是主线程：', threading.current_thread().name)
for i in range(5):
    t = MyThread(i)
    # t.setDaemon(True)
    t.start()
    t.join(2)
end_time = time.time()
print(f'{end_time},主线程结束了！', threading.current_thread().name)
print('一共用时：', end_time - start_time)

# 输出
1671175114.663927,这是主线程：MainThread
2022-12-16 15:18:34-0-"当前活跃的线程个数：2"-"当前线程的名称是"：Thread-1
2022-12-16 15:18:36-1-"当前活跃的线程个数：3"-"当前线程的名称是"：Thread-2
2022-12-16 15:18:38-2-"当前活跃的线程个数：4"-"当前线程的名称是"：Thread-3
1671175124.6681008,主线程结束了！MainThread
一共用时：10.004173755645752
2022-12-16 15:18:40-3-"当前活跃的线程个数：4"-"当前线程的名称是"：Thread-4
2022-12-16 15:18:42-4-"当前活跃的线程个数：4"-"当前线程的名称是"：Thread-5

Process finished with exit code 0