在 Python 中，threading 模块提供了一个更加面向对象的方式来创建和管理线程。掌握 threading 模块的使用可以帮助你编写出并发执行的程序，从而更有效地利用计算机资源。
1. 线程的基本概念
1.1 什么是线程？
线程是程序执行的基本单位，轻量级，能够独立调度和执行。多线程可以让程序同时运行多个任务。
1.2 为什么使用多线程？
- 性能提升：可以在 I/O 密集型的任务中显著提高程序的执行效率。
- 资源共享：线程共享进程的内存和资源，减少了开销。
2. 创建线程
2.1 使用 Thread 类创建线程
threading 模块中的 Thread 类是创建和管理线程的基本工具。你可以通过输入一个可调用对象（如函数）来启动线程。
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| import threading
import time
def worker():
print("线程开始")
time.sleep(2)
print("线程结束")
thread = threading.Thread(target=worker)
thread.start()
thread.join()
print("主线程结束")
|
代码讲解：
worker 函数是线程要执行的任务。target=worker 将该函数传递给线程。thread.start() 启动线程，触发 worker 函数的执行。thread.join() 等待线程执行完成。
3. 使用 Thread 子类
你也可以通过继承 Thread 类，自定义线程的行为。
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| class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
print("线程开始")
time.sleep(2)
print("线程结束")
my_thread = MyThread()
my_thread.start()
my_thread.join()
print("主线程结束")
|
代码讲解：
- 通过重写
run 方法，定义线程执行的任务。
- 其他部分与之前相同。
4. 线程同步
在多线程编程中，若多个线程同时访问共享数据，可能会导致数据不一致的情况。需要使用锁（Lock）来进行线程同步。
4.1 使用 Lock
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| import threading
lock = threading.Lock()
counter = 0
def increment():
global counter
for _ in range(100000):
lock.acquire()
counter += 1
lock.release()
threads = []
for _ in range(10):
thread = threading.Thread(target=increment)
threads.append(thread)
thread.start()
for thread in threads:
thread.join()
print("最终计数值:", counter)
|
代码讲解：
- 使用
Lock 控制对共享变量 counter 的访问。
acquire() 方法在使用共享资源前获取锁，而 release() 方法在完成访问后释放锁。- 确保在共享资源的读写时，只有一个线程可以进入临界区，从而避免数据竞争。
5. 使用 Condition
如果你需要某个线程在其他线程满足特定条件后再运行，可以使用 Condition。
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| import threading
import time
condition = threading.Condition()
data = []
def consumer():
with condition:
while not data:
print("消费者等待数据")
condition.wait()
print("消费数据:", data.pop(0))
def producer():
global data
time.sleep(2)
with condition:
data.append("数据")
print("生产数据")
condition.notify()
t1 = threading.Thread(target=consumer)
t2 = threading.Thread(target=producer)
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
print("主线程结束")
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代码讲解：
Condition 让消费者在数据为空时等待生产者的通知。condition.wait() 让线程等待，condition.notify() 通知等待的线程继续执行。
6. 线程的生命周期
- 创建（New）：线程对象被创建，但是尚未开始执行。
- 就绪（Runnable）：线程被启动，并准备好执行。
- 执行（Running）：线程正在执行其任务。
- 终止（Terminated）：线程执行完成。
理解线程的生命周期有助于你更好地管理和调试线程。
7. 总结
使用 threading 模块，可以轻松地创建和管理多个线程，但在多线程编程中也需注意线程安全和资源竞争问题。通过使用锁、条件等工具，可以有效地管理线程之间的协作与同步。
在实际应用场景中，多线程常用于处理 I/O 密集型的任务，如网络请求、文件操作等，以提高程序的响应性和执行效率。在 CPU 密集型任务中，考虑使用多进程（如 multiprocessing 模块）可能更为合适。
