Python中线程编程之threading模块的使用详解

threading.Thread

Thread 是threading模块中最重要的类之一，可以使用它来创建线程。有两种方式来创建线程：一种是通过继承Thread类，重写它的run方法；另一种是创建一个threading.Thread对象，在它的初始化函数（init）中将可调用对象作为参数传入。下面分别举例说明。先来看看通过继承threading.Thread类来创建线程的例子：

    #coding=gbk
    import threading, time, random
    count = 0
    class Counter(threading.Thread):
     def __init__(self, lock, threadName):

    '''@summary: 初始化对象。


    @param lock: 琐对象。

    @param threadName: 线程名称。

    '''
      super(Counter, self).__init__(name = threadName) 
    #注意：一定要显式的调用父类的初始
    化函数。
      self.lock = lock

     def run(self):

    '''@summary: 重写父类run方法，在线程启动后执行该方法内的代码。

    '''
      global count
      self.lock.acquire()
      for i in xrange(10000):
       count = count + 1
      self.lock.release()
    lock = threading.Lock()
    for i in range(5): 
     Counter(lock, "thread-" + str(i)).start()
    time.sleep(2) 
    #确保线程都执行完毕
    print count

在代码中，我们创建了一个Counter类，它继承了threading.Thread。初始化函数接收两个参数，一个是琐对象，另一个是线程的名称。在Counter中，重写了从父类继承的run方法，run方法将一个全局变量逐一的增加10000。在接下来的代码中，创建了五个Counter对象，分别调用其start方法。最后打印结果。这里要说明一下run方法 和start方法: 它们都是从Thread继承而来的，run()方法将在线程开启后执行，可以把相关的逻辑写到run方法中（通常把run方法称为活动[Activity]。）；start()方法用于启动线程。

再看看另外一种创建线程的方法：

    import threading, time, random
    count = 0
    lock = threading.Lock()
    def doAdd():

    '''@summary: 将全局变量count 逐一的增加10000。

    '''
     global count, lock
     lock.acquire()
     for i in xrange(10000):
      count = count + 1
     lock.release()
    for i in range(5):
     threading.Thread(target = doAdd, args = (), name = 'thread-' + str(i)).start()
    time.sleep(2) 
    #确保线程都执行完毕
    print count

在这段代码中，我们定义了方法doAdd，它将全局变量count 逐一的增加10000。然后创建了5个Thread对象，把函数对象doAdd 作为参数传给它的初始化函数，再调用Thread对象的start方法，线程启动后将执行doAdd函数。这里有必要介绍一下threading.Thread类的初始化函数原型：

    def __init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={})

• 　　参数group是预留的，用于将来扩展；

• 　　参数target是一个可调用对象（也称为活动[activity]），在线程启动后执行；
• 　　参数name是线程的名字。默认值为"Thread-N"，N是一个数字。
• 　　参数args和kwargs分别表示调用target时的参数列表和关键字参数。

Thread类还定义了以下常用方法与属性：

Thread.getName()

Thread.setName()

Thread.name

用于获取和设置线程的名称。
Thread.ident

获取线程的标识符。线程标识符是一个非零整数，只有在调用了start()方法之后该属性才有效，否则它只返回None。
Thread.is_alive()
Thread.isAlive()

判断线程是否是激活的（alive）。从调用start()方法启动线程，到run()方法执行完毕或遇到未处理异常而中断 这段时间内，线程是激活的。
Thread.join([timeout])

调用Thread.join将会使主调线程堵塞，直到被调用线程运行结束或超时。参数timeout是一个数值类型，表示超时时间，如果未提供该参数，那么主调线程将一直堵塞到被调线程结束。下面举个例子说明join()的使用：

    import threading, time
    def doWaiting():
     print 'start waiting:', time.strftime('%H:%M:%S')
     time.sleep(3)
     print 'stop waiting', time.strftime('%H:%M:%S')
    thread1 = threading.Thread(target = doWaiting)
    thread1.start()
    time.sleep(1) 
    #确保线程thread1已经启动
    print 'start join'
    thread1.join() 
    #将一直堵塞，直到thread1运行结束。
    print 'end join'
    threading.RLock和threading.Lock

在threading模块中，定义两种类型的琐：threading.Lock和threading.RLock。它们之间有一点细微的区别，通过比较下面两段代码来说明：

    import threading
    lock = threading.Lock() 
    #Lock对象
    lock.acquire()
    lock.acquire() 
    #产生了死琐。
    lock.release()
    lock.release()

    import threading
    rLock = threading.RLock() 
    #RLock对象
    rLock.acquire()
    rLock.acquire() 
    #在同一线程内，程序不会堵塞。
    rLock.release()
    rLock.release()

这两种琐的主要区别是：RLock允许在同一线程中被多次acquire。而Lock却不允许这种情况。注意：如果使用RLock，那么acquire和release必须成对出现，即调用了n次acquire，必须调用n次的release才能真正释放所占用的琐。
threading.Condition

可以把Condiftion理解为一把高级的琐，它提供了比Lock, RLock更高级的功能，允许我们能够控制复杂的线程同步问题。threadiong.Condition在内部维护一个琐对象（默认是RLock），可以在创建Condigtion对象的时候把琐对象作为参数传入。Condition也提供了acquire, release方法，其含义与琐的acquire, release方法一致，其实它只是简单的调用内部琐对象的对应的方法而已。Condition还提供了如下方法(特别要注意：这些方法只有在占用琐(acquire)之后才能调用，否则将会报RuntimeError异常。)：
Condition.wait([timeout]):

wait方法释放内部所占用的琐，同时线程被挂起，直至接收到通知被唤醒或超时（如果提供了timeout参数的话）。当线程被唤醒并重新占有琐的时候，程序才会继续执行下去。
Condition.notify():

唤醒一个挂起的线程（如果存在挂起的线程）。注意：notify()方法不会释放所占用的琐。
Condition.notify_all()
Condition.notifyAll()

唤醒所有挂起的线程（如果存在挂起的线程）。注意：这些方法不会释放所占用的琐。

现在写个捉迷藏的游戏来具体介绍threading.Condition的基本使用。假设这个游戏由两个人来玩，一个藏(Hider)，一个找(Seeker)。游戏的规则如下：1. 游戏开始之后，Seeker先把自己眼睛蒙上，蒙上眼睛后，就通知Hider；2. Hider接收通知后开始找地方将自己藏起来，藏好之后，再通知Seeker可以找了； 3. Seeker接收到通知之后，就开始找Hider。Hider和Seeker都是独立的个体，在程序中用两个独立的线程来表示，在游戏过程中，两者之间的行为有一定的时序关系，我们通过Condition来控制这种时序关系。

    #---- Condition
    #---- 捉迷藏的游戏
    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) 
    #确保先运行Seeker中的方法 

      self.cond.acquire() 
    #b 
      print self.name + ': 我已经把眼睛蒙上了'
      self.cond.notify()
      self.cond.wait() 
    #c 

    #f 
      print self.name + ': 我找到你了 ~_~'
      self.cond.notify()
      self.cond.release()

    #g
      print self.name + ': 我赢了' 
    #h

    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() 
    #a #释放对琐的占用，同时线程挂起在这里，直到被notify并重新占
    有琐。

    #d
      print self.name + ': 我已经藏好了，你快来找我吧'
      self.cond.notify()
      self.cond.wait() 
    #e

    #h
      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()
    threading.Event

Event实现与Condition类似的功能，不过比Condition简单一点。它通过维护内部的标识符来实现线程间的同步问题。（threading.Event和.NET中的System.Threading.ManualResetEvent类实现同样的功能。）
Event.wait([timeout])

堵塞线程，直到Event对象内部标识位被设为True或超时（如果提供了参数timeout）。
Event.set()

将标识位设为Ture
Event.clear()

将标识伴设为False。
Event.isSet()

判断标识位是否为Ture。

下面使用Event来实现捉迷藏的游戏(可能用Event来实现不是很形象)

    #---- Event
    #---- 捉迷藏的游戏
    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) 
    #确保先运行Seeker中的方法 

      print self.name + ': 我已经把眼睛蒙上了'

      self.cond.set()

      time.sleep(1) 

      self.cond.wait()
      print self.name + ': 我找到你了 ~_~'

      self.cond.set()

      print self.name + ': 我赢了'

    class Seeker(threading.Thread):
     def __init__(self, cond, name):
      super(Seeker, self).__init__()
      self.cond = cond
      self.name = name
     def run(self):
      self.cond.wait()

      print self.name + ': 我已经藏好了，你快来找我吧'
      self.cond.set()

      time.sleep(1)
      self.cond.wait()

      print self.name + ': 被你找到了，哎~~~'

    cond = threading.Event()
    seeker = Seeker(cond, 'seeker')
    hider = Hider(cond, 'hider')
    seeker.start()
    hider.start()
    threading.Timer

threading.Timer是threading.Thread的子类，可以在指定时间间隔后执行某个操作。下面是Python手册上提供的一个例子：

    def hello():
     print "hello, world"
    t = Timer(3, hello)
    t.start() 
    # 3秒钟之后执行hello函数。

threading模块中还有一些常用的方法没有介绍：
threading.active_count()
threading.activeCount()

获取当前活动的(alive)线程的个数。
threading.current_thread()
threading.currentThread()

获取当前的线程对象（Thread object）。
threading.enumerate()

获取当前所有活动线程的列表。
threading.settrace(func)

设置一个跟踪函数，用于在run()执行之前被调用。
threading.setprofile(func)

设置一个跟踪函数，用于在run()执行完毕之后调用。

threading模块的内容很多，一篇文章很难写全，更多关于threading模块的信息，请查询Python手册 threading模块。