什么是线程(thread)？
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务
Last: 一个线程是上下文的一个执行,进程是一大堆和计算相关的资源.一个进程可以包含多个线程.
Clarification: 和计算相关的资源包括memory pages (all the threads in a process have the same view of the memory), file descriptors (e.g., open sockets), and security credentials (e.g., the ID of the user who started the process).
进程与线程的区别？
- 线程共享同一进程的地址空间，进程有自己的地址空间.
- 线程有直接的读取其对于进程的数据;进程有从父进程拷贝的数据.
- 线程可以直接和同一进程的其他线程通信;进程必须使用中间件来和兄弟进程通信.
- 新的线程很容易创建;新的进程需要父进程的一个拷贝.
- 线程可以通过统一进程线程来活跃；进程只能通过子进程活跃.
- 修改主线程 (cancellation, priority change, etc.)可能会影响同一进程中其他线程的表现;修改父进程不会影响子进程.
threading模块
Threading用于提供线程相关的操作，线程是应用程序中工作的最小单元。
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import threading
import time
def show(arg):
time.sleep(1)
print 'thread'+str(arg)
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=show, args=(i,))
t.start()
print 'main thread stop'
上述代码创建了10个“前台”线程，然后控制器就交给了CPU，CPU根据指定算法进行调度，分片执行指令。
更多方法：
- start 线程准备就绪，等待CPU调度
- setName 为线程设置名称
- getName 获取线程名称
- setDaemon （设置为守护线程）设置为后台线程或前台线程（默认）
如果是后台线程，主线程执行过程中，后台线程也在进行，主线程执行完毕后，后台线程不论成功与否，均停止
如果是前台线程，主线程执行过程中，前台线程也在进行，主线程执行完毕后，等待前台线程也执行完成后，程序停止 - join 逐个执行每个线程，执行完毕后继续往下执行，该方法使得多线程变得无意义
- run 线程被cpu调度后自动执行线程对象的run方法
线程有2种调用方式：
直接调用
import threading
import time
def sayhi(num): #定义每个线程要运行的函数
print("running on number:%s" %num)
time.sleep(3)
if __name__ == '__main__':
t1 = threading.Thread(target=sayhi,args=(1,)) #生成一个线程实例
t2 = threading.Thread(target=sayhi,args=(2,)) #生成另一个线程实例
t1.start() #启动线程
t2.start() #启动另一个线程
print(t1.getName()) #获取线程名
print(t2.getName())
继承式调用
import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
def __init__(self,num):
threading.Thread.__init__(self)
self.num = num
def run(self):#定义每个线程要运行的函数
print("running on number:%s" %self.num)
time.sleep(3)
if __name__ == '__main__':
t1 = MyThread(1)
t2 = MyThread(2)
t1.start()
t2.start()
Join & Daemon
一些线程在后台执行任务，他们只有在主项目运行时存在，因此可以在其他的非守护线程退出的时候杀到这些线程。如果没有守护线程，你需要追踪它们，并且告诉它们退出，在项目完全退出之前，通过设置它们为daemon threads, 你可以允许它们运行（不用去管他呢），当你项目退出的时候，守护线程会自动的被杀掉.
守护进程（仆人）；
#_*_coding:utf-8_*_
import time
import threading
def run(n):
print('[%s]------running----\n' % n)
time.sleep(2)
print('--done--',n,threading.current_thread())#当前线程的类型（主线程MainThread还是线程Thread）
def main():
for i in range(5):
t = threading.Thread(target=run,args=[i,])
t.start()
t.join(1) #等待线程执行完毕继续向下执行
print('starting thread', t.getName())
m = threading.Thread(target=main,args=[])
m.setDaemon(True) #将main线程设置为Daemon线程,它做为程序主线程的守护线程,当主线程退出时,m线程也会退出,由m启动的其它子线程会同时退出,不管是否执行完任务
m.start()
m.join(timeout=2)
print("---main thread done----")
注意：守护进程线程在关机时突然停止。它们的资源（如打开的文件、数据库事务等）可能无法正确发布。如果希望线程优雅地停止，则定义为非守护线程，并使用适当的信令机制，例如事件。
GIL(Global Interpreter Lock) 全局解释器锁
首先需要明确的一点是GIL并不是Python的特性，它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比C++是一套语言（语法）标准，但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。有名的编译器例如GCC，INTEL C++，Visual C++等。Python也一样，同样一段代码可以通过CPython，PyPy（比较快），Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python，也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点：GIL并不是Python的特性，Python完全可以不依赖于GIL。
CPython调用c语言里面的线程接口，java和c++都是自己的线程；
这篇文章透彻的剖析了GIL对python多线程的影响，强烈推荐看一下：http://www.dabeaz.com/python/UnderstandingGIL.pdf
线程锁(互斥锁Mutex)
一个进程下可以启动多个线程，多个线程共享父进程的内存空间，也就意味着每个线程可以访问同一份数据，此时，如果2个线程同时要修改同一份数据，会出现什么状况？
import time
import threading
def addNum():
global num #在每个线程中都获取这个全局变量
print('--get num:',num )
time.sleep(1)
num -=1 #对此公共变量进行-1操作
num = 100 #设定一个共享变量
thread_list = []
for i in range(100):
t = threading.Thread(target=addNum)
t.start()
thread_list.append(t)
for t in thread_list: #等待所有线程执行完毕
t.join()
print('final num:', num )
正常来讲，这个num结果应该是0， 但在python 2.7上多运行几次，会发现，最后打印出来的num结果不总是0，为什么每次运行的结果不一样呢？ 哈，很简单，假设你有A,B两个线程，此时都要对num 进行减1操作， 由于2个线程是并发同时运行的，所以2个线程很有可能同时拿走了num=100这个初始变量交给cpu去运算，当A线程去处完的结果是99，但此时B线程运算完的结果也是99，两个线程同时CPU运算的结果再赋值给num变量后，结果就都是99。那怎么办呢？ 很简单，每个线程在要修改公共数据时，为了避免自己在还没改完的时候别人也来修改此数据，可以给这个数据加一把锁， 这样其它线程想修改此数据时就必须等待你修改完毕并把锁释放掉后才能再访问此数据。
*注：不要在3.x上运行，不知为什么，3.x上的结果总是正确的，可能是自动加了锁
加锁版本
import time
import threading
def addNum():
global num #在每个线程中都获取这个全局变量
print('--get num:',num )
time.sleep(1)
lock.acquire() #修改数据前加锁
num -=1 #对此公共变量进行-1操作
lock.release() #修改后释放
num = 100 #设定一个共享变量
thread_list = []
lock = threading.Lock() #生成全局锁
for i in range(100):
t = threading.Thread(target=addNum)
t.start()
thread_list.append(t)
for t in thread_list: #等待所有线程执行完毕
t.join()
print('final num:', num )GIL VS Lock
机智的同学可能会问到这个问题:
(1) .Python已经有一个GIL来保证同一时间只能有一个线程来执行了，为什么这里还需要lock? 注意啦，这里的lock是用户级的lock,跟那个GIL没关系 。
(2) . 既然用户程序已经自己有锁了，那为什么C python还需要GIL呢？加入GIL主要的原因是为了降低程序的开发的复杂度，比如现在的你写python不需要关心内存回收的问题，因为Python解释器帮你自动定期进行内存回收，你可以理解为python解释器里有一个独立的线程，每过一段时间它起wake up做一次全局轮询看看哪些内存数据是可以被清空的，此时你自己的程序 里的线程和 py解释器自己的线程是并发运行的，假设你的线程删除了一个变量，py解释器的垃圾回收线程在清空这个变量的过程中的clearing时刻，可能一个其它线程正好又重新给这个还没来及得清空的内存空间赋值了，结果就有可能新赋值的数据被删除了，为了解决类似的问题，python解释器简单粗暴的加了锁，即当一个线程运行时，其它人都不能动，这样就解决了上述的问题， 这可以说是Python早期版本的遗留问题。
RLock（递归锁）
一个大锁中还要再包含子锁
import threading,time
def run1():
print("grab the first part data")
lock.acquire()
global num
num +=1
lock.release()
return num
def run2():
print("grab the second part data")
lock.acquire()
global num2
num2+=1
lock.release()
return num2
def run3():
lock.acquire()
res = run1()
print('--------between run1 and run2-----')
res2 = run2()
lock.release()
print(res,res2)
if __name__ == '__main__':
num,num2 = 0,0
lock = threading.RLock()
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=run3)
t.start()
while threading.active_count() != 1:
print(threading.active_count())
else:
print('----all threads done---')
print(num,num2)
Semaphore(信号量)
互斥锁 同时只允许一个线程更改数据，而Semaphore是同时允许一定数量的线程更改数据 ，比如厕所有3个坑，那最多只允许3个人上厕所，后面的人只能等里面有人出来了才能再进去。
import threading,time
def run(n):
semaphore.acquire()
time.sleep(1)
print("run the thread: %s\n" %n)
semaphore.release()
if __name__ == '__main__':
num= 0
semaphore = threading.BoundedSemaphore(5) #最多允许5个线程同时运行
for i in range(20):
t = threading.Thread(target=run,args=(i,))
t.start()
while threading.active_count() != 1:
pass #print threading.active_count()
else:
print('----all threads done---')
print(num)
事件（event）
python线程的事件是一个简单的不同对象之间的同步（synchronization）对象，用于主线程控制其他线程的执行，事件主要提供了三个方法 set、wait、clear。
事件处理的机制：
全局定义了一个“Flag”，
如果“Flag”值为 False，那么当程序执行 event.wait 方法时就会阻塞；
如果“Flag”值为True，那么event.wait 方法时便不再阻塞。
- clear：将“Flag”设置为False
- set：将“Flag”设置为True
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import threading
def do(event):
print 'start'
event.wait()
print 'execute'
event_obj = threading.Event() #Event对象
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=do, args=(event_obj,))
t.start()
event_obj.clear() #Flag=False
inp = raw_input('input:')
if inp == 'true':
event_obj.set() #Flag=True
通过Event来实现两个或多个线程间的交互；
Eg1:红绿灯的例子，即起动一个线程做交通指挥灯，生成几个线程做车辆，车辆行驶按红灯停，绿灯行的规则。
import threading,time
import random
def light():
if not event.isSet(): #判断是否设置了标志位
event.set() #wait就不阻塞 #绿灯状态
count = 0
while True:
if count < 10:
print('\033[42;1m--green light on---\033[0m')
elif count <13:
print('\033[43;1m--yellow light on---\033[0m')
elif count <20:
if event.isSet():
event.clear()
print('\033[41;1m--red light on---\033[0m')
else:
count = 0
event.set() #打开绿灯
time.sleep(1)
count +=1
def car(n):
while 1:
time.sleep(random.randrange(10))
if event.isSet(): #绿灯
print("car [%s] is running.." % n)
else:
print("car [%s] is waiting for the red light.." %n)
if __name__ == '__main__':
event = threading.Event()
Light = threading.Thread(target=light)
Light.start()
for i in range(3):
t = threading.Thread(target=car,args=(i,))
t.start()
Eg2:这里还有一个event使用的例子，员工进公司门要刷卡， 我们这里设置一个线程是“门”， 再设置几个线程为“员工”，员工看到门没打开，就刷卡，刷完卡，门开了，员工就可以通过。
#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li'
import threading
import time
import random
def door():
door_open_time_counter = 0
while True:
if door_swiping_event.is_set():
print("\033[32;1mdoor opening....\033[0m")
door_open_time_counter +=1
else:
print("\033[31;1mdoor closed...., swipe to open.\033[0m")
door_open_time_counter = 0 #清空计时器
door_swiping_event.wait()
if door_open_time_counter > 3:#门开了已经3s了,该关了
door_swiping_event.clear()
time.sleep(0.5)
def staff(n):
print("staff [%s] is comming..." % n )
while True:
if door_swiping_event.is_set():
print("\033[34;1mdoor is opened, passing.....\033[0m")
break
else:
print("staff [%s] sees door got closed, swipping the card....." % n)
print(door_swiping_event.set())
door_swiping_event.set()
print("after set ",door_swiping_event.set())
time.sleep(0.5)
door_swiping_event = threading.Event() #设置事件
door_thread = threading.Thread(target=door)
door_thread.start()
for i in range(5):
p = threading.Thread(target=staff,args=(i,))
time.sleep(random.randrange(3))
p.start()
队列（queue）
多线程之间信息的安全交换.
队列作用：函数解耦；高效率；
- 列表：拿走数据相当于copy，列表里面还有该数据；
- 队列：只有一份数据，拿走之后内存就没有了。
class class class maxsize ：队列中可以放的最多的items. 如果maxsize小于或等于0，则列表大小为 无限大.首先搜索最小允许的值 (排序之后 exception exception
向队列输入值. 如果可选参数block=true并且timeout=None，锁上队列直到有可用的item出现，如果timeout是 一个正值p,队列至少被锁p时间内无可用item则抛出 Full异常。block=false返回一个可用item否则抛出Full 异常
删除或返回队列里面的元素. 如果可选参数block=true并且timeout=None，锁上队列直到有可用的item出现，如果timeout是 一个o正值p,队列至少被锁p时间内无可用item则抛出 Empty 异常。block=false返回一个可用item否则抛出
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生产者消费者模型（解耦模型）
在并发编程中使用生产者和消费者模式能够解决绝大多数并发问题。该模式通过平衡生产线程和消费线程的工作能力来提高程序的整体处理数据的速度。
在多线程开发当中，如果生产者处理速度很快，而消费者处理速度很慢，那么生产者就必须等待消费者处理完，才能继续生产数据。同样的道理，如果消费者的处理能力大于生产者，那么消费者就必须等待生产者。为了解决这个问题于是引入了生产者和消费者模式。
生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。生产者和消费者彼此之间不直接通讯，而通过阻塞队列来进行通讯，所以生产者生产完数据之后不用等待消费者处理，直接扔给阻塞队列，消费者不找生产者要数据，而是直接从阻塞队列里取，阻塞队列就相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。
最基本的生产者消费者模型的例子：
import threading
import queue
def producer():
for i in range(10):
q.put("骨头 %s" % i )
print("开始等待所有的骨头被取走...")
q.join()
print("所有的骨头被取完了...")
def consumer(name):
while q.qsize() >0:
print("%s 取到" %n , q.get())
q.task_done() #告知这个任务执行完了
q = queue.Queue()
p = threading.Thread(target=producer,)
p.start()
c1 = consumer("lx")import time,random
import queue,threading
q = queue.Queue()
def Producer(name):
count = 0
while count <20:
time.sleep(random.randrange(3))
q.put(count)
print('Producer %s has produced %s baozi..' %(name, count))
count +=1
def Consumer(name):
count = 0
while count <20:
time.sleep(random.randrange(4))
if not q.empty():
data = q.get()
print(data)
print('\033[32;1mConsumer %s has eat %s baozi...\033[0m' %(name, data))
else:
print("-----no baozi anymore----")
count +=1
p1 = threading.Thread(target=Producer, args=('A',))
c1 = threading.Thread(target=Consumer, args=('B',))
p1.start()
c1.start()
条件（Condition）
使得线程等待，只有满足某条件时，才释放n个线程
import threading
def run(n):
con.acquire()
con.wait()
print("run the thread: %s" %n)
con.release()
if __name__ == '__main__':
con = threading.Condition()
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=run, args=(i,))
t.start()
while True:
inp = input('>>>')
if inp == 'q':
break
con.acquire()
con.notify(int(inp))
con.release()
def condition_func():
ret = False
inp = input('>>>')
if inp == '1':
ret = True
return ret
def run(n):
con.acquire()
con.wait_for(condition_func)
print("run the thread: %s" %n)
con.release()
if __name__ == '__main__':
con = threading.Condition()
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=run, args=(i,))
t.start()Timer
定时器，指定n秒后执行某操作
from threading import Timer
def hello():
print("hello, world")
t = Timer(1, hello)
t.start() # after 1 seconds, "hello, world" will be printed
线程池
import time,random
import queue,threading
q = queue.Queue()
def Producer(name):
count = 0
while count <20:
time.sleep(random.randrange(3))
q.put(count)
print('Producer %s has produced %s baozi..' %(name, count))
count +=1
def Consumer(name):
count = 0
while count <20:
time.sleep(random.randrange(4))
if not q.empty():
data = q.get()
print(data)
print('\033[32;1mConsumer %s has eat %s baozi...\033[0m' %(name, data))
else:
print("-----no baozi anymore----")
count +=1
p1 = threading.Thread(target=Producer, args=('A',))
c1 = threading.Thread(target=Consumer, args=('B',))
p1.start()
c1.start()
