《Python程序设计教程》第10章 Python多线程机制

第10章Python多线程机制内容简介本章教学目标：了解Python多线程机制；熟悉线程的创建方法；理解线程的属性和函数；明白线程的状态与守护线程；掌握线程的同步机制；学会设计多线程程序。本章重点内容： Thread的创建方法；Thread的属性和函数；Thread的同步机制；多线程程序的设计。10.1

Python多线程机制什么是进程？所谓“进程”就是程序在处理机上的一次执行过程。它由程序、数据和进程控制块PCB三部分组成，它是程序的分配资源的最小单元。什么是线程？我们把进程内的一个相对独立的、可调度的执行单元称为“线程”。线程包括程序块、数据和线程控制块TCB三部分，它是系统独立调度和分

派CPU的最小单元，是程序的最小执行单元。一进程中的可以有多个线程其中一个是主线程，线程它们共享该进程所拥有的全部资源。10.2线程的创建

10.2.1用Thread类的构造函数创建线程

Thread类的构造函数是：Thread(group=None,

target=None,

name=None,

args=(),

kwargs=None,daemon=False)其中，参数含义如表10-1所示。10.2线程的创建（续）

10.2.1用Thread类的构造函数创建线程

Thread的具体创建过程如下：导入线程模块。如：import

threading定义线程调度的目标函数，用来完成线程的主体任务。如：def

函数名(参数):函数体用构造函数创建一个线程对象。调用线程对象的start()方法来启动该线程。【例10-1】用Thread类的构造函数创建线程的实例。//代码见附件10.2线程的创建（续）10.2.2继承Thread类创建线程除了用Thread类创建线程，还可以用Thread的子类创建线程。不过，该方法不能随便给目标函数命名，而是重写父类Thread的目标函数run()例10-2用继承Thread方式重写例10-1的功能。【例10-2】继承Thread类创建多线程的实例。//代码见附件10.3

Thread的属性和方法线程最常用的属性是：name、ident和daemon，如表10-2所示：10.3

Thread的属性和方法线程对象的常见方法如表10-3所示：【例10-3】

Thread类的属性和方法测试实例。//代码见附件10.4线程的状态与守护线程10.4.1

线程的状态对于多线程的程序，一个线程不可能始终独占CPU，CPU会在不同线程之间切换，因此线程存在多种状态，通常有新建、就绪、运行、阻塞和死亡等五种状态，于是线程的生命周期会在这五种状态之间切换，请看图10-1。【例10-4】线程状态的测试实例。//代码见附件10.4线程的状态与守护线程（续）10.4.2

守护线程线程的生命周期除了经历五种状态，它的运行还分为前台运行和后台运行。线程类有一个daemon属性，如果其值为True则线程是后台线程，不过其默认值为False，所以我们之前接触的线程都是前台线程，它们在前台运行。前台线程通常比较活跃，用于同用户直接交互；后台线程则不太活跃，它们给前台线程提供服务，所以也称为守护线程，例如Python解释器中的垃圾回收线程就是一种后台线程。后台线程的生命依托于前台线程当前台线程已经全部死亡的时候，后台线程也会随之死亡，下面我们来看一个实例。【例10-5】守护线程测试实例。//代码见附件10.5线程的同步机制多个线程在执行过程中会相互合作和共享互斥资源，它们共同完成某项任务，Python的threading模块提供了以下5种同步机制。10.5.1

互斥锁Lock线程访问的共享资源，有些是互斥资源，即在同一时间只能有一个线程能访问它。当一个线程拥有了互斥资源的访问权后，其它的所有线程都必须阻塞，等待该线程释放其访问权，即使这些线程的下一条指令并不会互相影响，我们把线程访问互斥资源的代码称为临界区。10.5线程的同步机制（续）为了保护对临界区的访问，Python的threading模块提供了互斥锁

Lock，它有以下两个主要方法：lock.acquire(timeout=None)：该方法在线程进入临界区前调用，功能是申请获得钥匙与锁门，如果不成功则阻塞等待；timeout参数表示等待timeout秒，没有该参数则一直等待到其它线程来唤醒它。lock.release()：该方法在线程离开临界区时调用，功能是归还钥匙与开门，并且唤醒其它等待该资源的线程。【例10-6】互斥锁Lock在小船访问控制中的应用实例。//代码见附件10.5线程的同步机制（续）10.5.2条件变量Condition线程之间还有同步问题，假如两个线程相互合作，它们共同完成某项任务，这时要考虑二者的同步，例如生产者和消费者。threading模块提供了条件变量Condition，它可以实现线程的同步，它使已经获得锁的线

程在条件不满足的时候主动的放弃执行，并通知唤醒其他阻塞的线程执行等下次条件满足后被其它线程唤醒。10.5线程的同步机制（续）Condition包含以下主要方法：acquire(timeout=None)：申请获得条件锁钥，如成功则锁门后继续执行，如不成功则阻塞等待。其中timeout参数表示等待timeout秒，没有该参数则一直等待直到其它线程来唤醒它。release()：归还钥匙，并且开门唤醒其它等待该资源的线程。

3.wait(timeout=None):线程主动挂起等待，直到收到notify通知才被重新唤其中timeout参数表示等待timeout秒，没有该参数则一直等待到其它线程来唤醒它。4.notify(n=1):从等待池中唤醒n个线程。

5.notifyAll():从等待池中唤醒所有线程。【例10-7】用条件变量Condition设计线程控制览车的升降。//代码见附件10.5线程的同步机制（续）10.5.3事件Event该对象也可以用于线程间的同步，它内置了一个初始为False的信号标志，一个线程通过改变其值为True或False来控制其它线程的激活与阻塞，其主要方法如下：set()：设置Event对象的内部信号标志为True。clear()：清除Event对象的内部信号标志，即将其设为False。3.isSet（）：判断Event对象的内部信号标志的状态，返回True或False。4.wait()：根据Event对象的内部信号标志的值决定该线程的状态，如果为False则线程阻塞，为True则激活。【例10-8】蛙眼探测灯事件的响应控制线程。//代码见附件10.5线程的同步机制（续）10.5.4

信号量Semaphore前面介绍的锁(Lock）只有一把钥匙，每次只允许一个进程进入临界区，但生活中有些资源允许多人访问，如房间，它不像换衣间，允许多人同时进入。Python的信号量（Semaphore)解决了该问题，因为它有一个内置的计数器，可以记录当前剩余几把钥匙，所以允许多个线程同时进入临界区。10.5线程的同步机制（续）信号量的构造方法是Semaphore(value=1)，其中参数value是计数器的初始值，代表一把锁配几把钥匙。信号量也具有acquire()和release()方法，当某个线程调用acquire()方法时，如果当前计数器>0，则计数器-

1，返回True，否则阻塞；当某个线程调用release()方法时，计数器+1。【例10-9】用信号量Semaphore设计只允许乘坐4人的览车控制程序。//代码见附件10.5线程的同步机制（续）10.5.5

递归锁RLock前面介绍的Lock可以解决访问单个共享资源的互斥问题，但如果完成一项任务要访问多个互斥资源，这时如果处理不当会发生“死锁”。进程死锁是指多个进程共享多个资源时，分别占有对方需要的部分资源，并且同时在等待对方占有的部分资源，双方都不释放，这时进程不能继续运行。例如，吃饭通常用碗和勺，现在只有一个碗和一个勺，如果一人抢到了碗，另外一人抢到了勺，两人都不愿把自己抢到的吃饭工具给对方，结果是双方都吃不到饭，这种现象就叫死锁。10.5线程的同步机制（续）为了解决死锁问题，Python的threading模块提供了递归锁RLock，也称为可重入锁。对于已经获得该锁的线程可以继续多次获得该锁，而不会被阻塞。该对象也具有acquire()和release()方法，这点同互斥锁Lock一样，下面用递归锁RLock来编写一个程序实例。【例10-10】用递归锁RLock编程实现对小船资源的控制。//代码见