Python线程详解攻略

前言

多线程是一种常用的并发编程方式，在Python中也有相应的模块支持多线程。本攻略将从以下几个方面对Python线程进行详细的讲解。

线程的基本概念
Python中的多线程模块(threading)
线程的生命周期
线程锁的概念
线程的同步与阻塞

线程的基本概念

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。一个进程可以拥有多个线程，每个线程都运行在进程的地址空间中，并可通过共享数据实现通信。线程可以在单个CPU上执行多个任务，因此多线程常被用来提高程序的执行效率。

Python中的多线程模块(threading)

Python中的多线程模块为threading，利用该模块可以便捷地创建和管理线程。以下是threading模块中最常用的类的使用方法。

Thread类

Thread类是Python中表示线程的类，使用Thread类可以创建新的线程。以下是使用Thread类创建线程的示例。

import threading

def worker(num):
    print("Worker %d is running..." % num)

for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker, args=(i,))
    t.start()

上述代码中，target参数表示线程运行的目标函数，args参数表示目标函数的参数列表。创建完线程后，调用其start方法即可启动线程。

Lock类

Lock类是Python中用于线程同步的类，可以通过该类实现多个线程之间的同步。以下是使用Lock类的示例。

import threading

num = 0
lock = threading.Lock()

def add_num():
    global num
    lock.acquire()  # 获得锁
    try:
        num += 1
    finally:
        lock.release() # 释放锁

for i in range(10):
    threading.Thread(target=add_num).start()

print("Num:", num)

上述代码中，由于s+=1操作非原子操作，因此可能会出现竞争状态。为了避免竞争状态，使用Lock类对其进行加锁。上述代码中，lock.acquire()用于获得锁，lock.release()用于释放锁。

线程的生命周期

线程的生命周期可以分为以下四个阶段：

新建状态
就绪状态
运行状态
终止状态

在线程创建后，线程处于新建状态，等待系统分配资源。当系统分配了相应的资源后，线程进入就绪状态。一旦进入就绪状态，线程就有机会被分配到CPU来执行，在CPU执行后进入运行状态。当程序执行结束或遇到异常时，线程进入终止状态。

线程锁的概念

线程锁是用于控制对共享资源的存取的工具。互斥锁是线程锁的一种，它保证同一时间只有一个线程能够访问共享资源。线程锁的使用可以避免出现竞争状态和死锁现象。

线程的同步与阻塞

当线程被阻塞时，它将无法继续执行，直到一定条件得以满足。线程同步是指多个线程按照一定的顺序进行执行，主要用于多线程之间共享同一个资源的场景。线程同步可以避免多线程之间出现竞态条件的情况。

示例说明

示例一：使用多线程实现计算器

import threading

num1 = input("请输入第一个数：")
num2 = input("请输入第二个数：")

def add(a, b):
    print("a + b = ", a+b)

def subtract(a, b):
    print("a - b = ", a-b)

t1 = threading.Thread(target=add, args=(num1, num2))
t2 = threading.Thread(target=subtract, args=(num1, num2))

t1.start()
t2.start()

t1.join()
t2.join()

print("主线程结束")

在上述代码中，我们定义了两个函数add和subtract实现了两数之和和两数之差的计算。我们使用Thread类创建了两个线程，每个线程执行一个函数。在线程结束后，我们使用join方法保证主线程等待两个子线程执行完成后再结束。

示例二：多线程下载文件

import threading
import requests

url_list = [
    "http://www.sina.com.cn/",
    "http://www.baidu.com/",
    "https://cn.bing.com/",
    "http://www.qq.com/",
    "http://www.taobao.com/",
]

def download(url):
    res = requests.get(url)
    print("%s下载完成" % url)

threads = []

for url in url_list:
    t = threading.Thread(target=download, args=(url,))
    threads.append(t)
    t.start()

for t in threads:
    t.join()

print("下载任务全部完成！")

上述代码使用了requests模块下载了一个网页，并在控制台输出下载完成的信息。我们使用一个列表存储线程，遍历URL列表并为每个URL创建一个线程。在所有线程启动后，我们使用join方法保证所有线程执行完成。

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