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Python并發(fā)編程線程消息通信機制詳解

 更新時間:2021年10月25日 12:03:21   作者:寫代碼的明哥  
這篇文章主要為大家介紹了Python并發(fā)編程之線程消息通信機制的示例詳解,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步

前面我已經(jīng)向大家介紹了,如何使用創(chuàng)建線程,啟動線程。相信大家都會有這樣一個想法,線程無非就是創(chuàng)建一下,然后再start()下,實在是太簡單了。

可是要知道,在真實的項目中,實際場景可要我們舉的例子要復(fù)雜的多得多,不同線程的執(zhí)行可能是有順序的,或者說他們的執(zhí)行是有條件的,是要受控制的。如果僅僅依靠前面學(xué)的那點淺薄的知識,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

那今天,我們就來探討一下如何控制線程的觸發(fā)執(zhí)行。

要實現(xiàn)對多個線程進(jìn)行控制,其實本質(zhì)上就是消息通信機制在起作用,利用這個機制發(fā)送指令,告訴線程,什么時候可以執(zhí)行,什么時候不可以執(zhí)行,執(zhí)行什么內(nèi)容。

經(jīng)過我的總結(jié),線程中通信方法大致有如下三種:

threading.Event

threading.Condition

queue.Queue

接下來我們來一一探討下。

1 Event事件

Python提供了非常簡單的通信機制 Threading.Event,通用的條件變量。多個線程可以等待某個事件的發(fā)生,在事件發(fā)生后,所有的線程都會被激活。

關(guān)于Event的使用也超級簡單,就三個函數(shù)

event = threading.Event()

# 重置event,使得所有該event事件都處于待命狀態(tài)
event.clear()

# 等待接收event的指令,決定是否阻塞程序執(zhí)行
event.wait()

# 發(fā)送event指令,使所有設(shè)置該event事件的線程執(zhí)行
event.set()

舉個例子來看下。

import time
import threading

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name, event):
        super().__init__()
        self.name = name
        self.event = event

    def run(self):
        print('Thread: {} start at {}'.format(self.name, time.ctime(time.time())))
        # 等待event.set()后,才能往下執(zhí)行
        self.event.wait()
        print('Thread: {} finish at {}'.format(self.name, time.ctime(time.time())))

threads = []
event = threading.Event()

# 定義五個線程
[threads.append(MyThread(str(i), event)) for i in range(1,5)]

# 重置event,使得event.wait()起到阻塞作用
event.clear()

# 啟動所有線程
[t.start() for t in threads]

print('等待5s...')
time.sleep(5)

print('喚醒所有線程...')
event.set()
Thread: 1 start at Sun May 13 20:38:08 2018
Thread: 2 start at Sun May 13 20:38:08 2018
Thread: 3 start at Sun May 13 20:38:08 2018
Thread: 4 start at Sun May 13 20:38:08 2018

等待5s...

喚醒所有線程...
Thread: 1 finish at Sun May 13 20:38:13 2018
Thread: 4 finish at Sun May 13 20:38:13 2018
Thread: 2 finish at Sun May 13 20:38:13 2018
Thread: 3 finish at Sun May 13 20:38:13 2018

可見在所有線程都啟動(start())后,并不會執(zhí)行完,而是都在self.event.wait()止住了,需要我們通過event.set()來給所有線程發(fā)送執(zhí)行指令才能往下執(zhí)行。

2 Condition

Condition和Event 是類似的,并沒有多大區(qū)別。

同樣,Condition也只需要掌握幾個函數(shù)即可。

cond = threading.Condition()

# 類似lock.acquire()
cond.acquire()

# 類似lock.release()
cond.release()

# 等待指定觸發(fā),同時會釋放對鎖的獲取,直到被notify才重新占有瑣。
cond.wait()

# 發(fā)送指定,觸發(fā)執(zhí)行
cond.notify()

舉個網(wǎng)上一個比較趣的捉迷藏的例子來看看

import threading, time

class Hider(threading.Thread):
    def __init__(self, cond, name):
        super(Hider, self).__init__()
        self.cond = cond
        self.name = name

    def run(self):
        time.sleep(1)  #確保先運行Seeker中的方法
        self.cond.acquire()
        print(self.name + ': 我已經(jīng)把眼睛蒙上了')
        self.cond.notify()
        self.cond.wait()
        print(self.name + ': 我找到你了哦 ~_~')
        self.cond.notify() 
        self.cond.release()
        print(self.name + ': 我贏了')

class Seeker(threading.Thread):
    def __init__(self, cond, name):
        super(Seeker, self).__init__()
        self.cond = cond
        self.name = name
        
    def run(self):
        self.cond.acquire()
        self.cond.wait()
        print(self.name + ': 我已經(jīng)藏好了,你快來找我吧')
        self.cond.notify()
        self.cond.wait()
        self.cond.release()
        print(self.name + ': 被你找到了,哎~~~')
        
cond = threading.Condition()
seeker = Seeker(cond, 'seeker')
hider = Hider(cond, 'hider')
seeker.start()
hider.start()

通過cond來通信,阻塞自己,并使對方執(zhí)行。從而,達(dá)到有順序的執(zhí)行。
看下結(jié)果

hider:   我已經(jīng)把眼睛蒙上了
seeker:  我已經(jīng)藏好了,你快來找我吧
hider:   我找到你了 ~_~
hider:   我贏了
seeker:  被你找到了,哎~~~

3 Queue隊列

最后一個,隊列,它是本節(jié)的重點,因為它是我們?nèi)粘i_發(fā)中最使用頻率最高的。

從一個線程向另一個線程發(fā)送數(shù)據(jù)最安全的方式可能就是使用 queue 庫中的隊列了。創(chuàng)建一個被多個線程共享的 Queue 對象,這些線程通過使用put()get() 操作來向隊列中發(fā)送和獲取元素。

同樣,對于Queue,我們也只需要掌握幾個函數(shù)即可。

from queue import Queue
# maxsize默認(rèn)為0,不受限
# 一旦>0,而消息數(shù)又達(dá)到限制,q.put()也將阻塞
q = Queue(maxsize=0)

# 默認(rèn)阻塞程序,等待隊列消息,可設(shè)置超時時間
q.get(block=True, timeout=None)

# 發(fā)送消息:默認(rèn)會阻塞程序至隊列中有空閑位置放入數(shù)據(jù)
q.put(item, block=True, timeout=None)

# 等待所有的消息都被消費完
q.join()

# 通知隊列任務(wù)處理已經(jīng)完成,當(dāng)所有任務(wù)都處理完成時,join() 阻塞將會解除
q.task_done()

以下三個方法,知道就好,一般不需要使用

# 查詢當(dāng)前隊列的消息個數(shù)
q.qsize()

# 隊列消息是否都被消費完,返回 True/False
q.empty()

# 檢測隊列里消息是否已滿
q.full()

函數(shù)會比之前的多一些,同時也從另一方面說明了其功能更加豐富。

我來舉個老師點名的例子。

# coding=utf-8
# /usr/bin/env python

'''
Author: wangbm
Email: wongbingming@163.com
Wechat: mrbensonwon
Blog: python-online.cn
公眾號:Python編程時光
date: 2020/9/20 下午7:30
desc: 
'''
__author__ = 'wangbm'
from queue import Queue
from threading import Thread
import time
class Student:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        print("{}:到!".format(self.name))

class Teacher:
    def __init__(self, queue):
        super().__init__()
        self.queue=queue

    def call(self, student_name):
        if student_name == "exit":
            print("點名結(jié)束,開始上課..")
        else:
            print("老師:{}來了沒?".format(student_name))
            # 發(fā)送消息,要點誰的名
        self.queue.put(student_name)

class CallManager(Thread):
    def __init__(self, queue):
        super().__init__()
        self.students = {}
        self.queue = queue

    def put(self, student):
        self.students.setdefault(student.name, student)

    def run(self):
        while True:
            # 阻塞程序,時刻監(jiān)聽老師,接收消息
            student_name = queue.get()
            if student_name == "exit":
                break
            elif student_name in self.students:
                self.students[student_name].speak()
            else:
                print("老師,咱班,沒有 {} 這個人".format(student_name))

queue = Queue()
teacher = Teacher(queue=queue)
s1 = Student(name="小明")
s2 = Student(name="小亮")
cm = CallManager(queue)
cm.put(s1)
cm.put(s2)
cm.start()
print('開始點名~')
teacher.call('小明')
time.sleep(1)
teacher.call('小亮')
time.sleep(1)
teacher.call("exit")

運行結(jié)果如下

開始點名~
老師:小明來了沒?
小明:到!
老師:小亮來了沒?
小亮:到!
點名結(jié)束,開始上課..

其實 queue 還有一個很重要的方法,Queue.task_done()

如果不明白它的原理,我們在寫程序,就很有可能卡死。

當(dāng)我們使用 Queue.get() 從隊列取出數(shù)據(jù)后,這個數(shù)據(jù)有沒有被正常消費,是很重要的。

如果數(shù)據(jù)沒有被正常消費,那么Queue會認(rèn)為這個任務(wù)還在執(zhí)行中,此時你使用 Queue.join() 會一直阻塞,即使此時你的隊列里已經(jīng)沒有消息了。

那么如何解決這種一直阻塞的問題呢?

就是在我們正常消費完數(shù)據(jù)后,記得調(diào)用一下 Queue.task_done(),說明隊列這個任務(wù)已經(jīng)結(jié)束了。

當(dāng)隊列內(nèi)部的任務(wù)計數(shù)器歸于零時,調(diào)用 Queue.join() 就不會再阻塞了。

要理解這個過程,請參考 http://python.iswbm.com/en/latest/c02/c02_06.html 里自定義線程池的的例子。

4 總結(jié)一下

學(xué)習(xí)了以上三種通信方法,我們很容易就能發(fā)現(xiàn)EventCondition 是threading模塊原生提供的模塊,原理簡單,功能單一,它能發(fā)送 TrueFalse 的指令,所以只能適用于某些簡單的場景中。

Queue則是比較高級的模塊,它可能發(fā)送任何類型的消息,包括字符串、字典等。其內(nèi)部實現(xiàn)其實也引用了Condition模塊(譬如putget函數(shù)的阻塞),正是其對Condition進(jìn)行了功能擴(kuò)展,所以功能更加豐富,更能滿足實際應(yīng)用。

以上就是Python并發(fā)編程線程消息通信機制詳解的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Python并發(fā)線程消息通信機制的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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