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Python并发编程之线程消息通信机制任务协调(四)

2018.05.27 15:19 557浏览

. 前言

前面我已经向大家介绍了,如何使用创建线程,启动线程。相信大家都会有这样一个想法,线程无非就是创建一下,然后再start()下,实在是太简单了。

可是要知道,在真实的项目中,实际场景可要我们举的例子要复杂的多得多,不同线程的执行可能是有顺序的,或者说他们的执行是有条件的,是要受控制的。如果仅仅依靠前面学的那点浅薄的知识,是远远不够的。

那今天,我们就来探讨一下如何控制线程的触发执行。

要实现对多个线程进行控制,其实本质上就是消息通信机制在起作用,利用这个机制发送指令,告诉线程,什么时候可以执行,什么时候不可以执行,执行什么内容。

经过我的总结,线程中通信方法大致有如下三种:

  • threading.Event

  • threading.Condition

  • queue.Queue

先抛出结论,接下来我们来一一探讨下。


. Event事件

Python提供了非常简单的通信机制 Threading.Event,通用的条件变量。多个线程可以等待某个事件的发生,在事件发生后,所有的线程都会被激活

关于Event的使用也超级简单,就三个函数

event = threading.Event()

# 重置event,使得所有该event事件都处于待命状态
event.clear()

# 等待接收event的指令,决定是否阻塞程序执行
event.wait()

# 发送event指令,使所有设置该event事件的线程执行
event.set()

举个例子来看下。

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,才能往下执行
       self.event.wait()
       print('Thread: {} finish at {}'.format(self.name, time.ctime(time.time())))


threads = []
event = threading.Event()

# 定义五个线程
[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()

# 启动所有线程
[t.start() for t in threads]

print('等待5s...')
time.sleep(5)

print('唤醒所有线程...')
event.set()

执行一下,看看结果

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...

唤醒所有线程...
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

可见在所有线程都启动(start())后,并不会执行完,而是都在self.event.wait()止住了,需要我们通过event.set()来给所有线程发送执行指令才能往下执行。

. Condition

Condition和Event 是类似的,并没有多大区别。

同样,Condition也只需要掌握几个函数即可。

cond = threading.Condition()

# 类似lock.acquire()
cond.acquire()

# 类似lock.release()
cond.release()

# 等待指定触发,同时会释放对锁的获取,直到被notify才重新占有琐。
cond.wait()

# 发送指定,触发执行
cond.notify()

举个网上一个比较趣的捉迷藏的例子来看看

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)  #确保先运行Seeker中的方法
       self.cond.acquire()

       print(self.name + ': 我已经把眼睛蒙上了')
       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.acquire()
       self.cond.wait()
       print(self.name + ': 我已经藏好了,你快来找我吧')
       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()

通过cond来通信,阻塞自己,并使对方执行。从而,达到有顺序的执行。
看下结果

hider:   我已经把眼睛蒙上了
seeker:  我已经藏好了,你快来找我吧
hider:   我找到你了 ~_~
hider:   我赢了
seeker:  被你找到了,哎~~~

. Queue队列

终于到了我们今天的主角了。

从一个线程向另一个线程发送数据最安全的方式可能就是使用 queue 库中的队列了。创建一个被多个线程共享的 Queue 对象,这些线程通过使用put()get() 操作来向队列中添加或者删除元素。

同样,对于Queue,我们也只需要掌握几个函数即可。

from queue import Queue
# maxsize默认为0,不受限
# 一旦>0,而消息数又达到限制,q.put()也将阻塞
q = Queue(maxsize=0)

# 阻塞程序,等待队列消息。
q.get()

# 获取消息,设置超时时间
q.get(timeout=5.0)

# 发送消息
q.put()

# 等待所有的消息都被消费完
q.join()

# 以下三个方法,知道就好,代码中不要使用

# 查询当前队列的消息个数
q.qsize()

# 队列消息是否都被消费完,True/False
q.empty()

# 检测队列里消息是否已满
q.full()

函数会比之前的多一些,同时也从另一方面说明了其功能更加丰富。

我来举个老师点名的例子。

from queue import Queue
from threading import Thread
import time

class Student(Thread):
   def __init__(self, name, queue):
       super().__init__()
       self.name = name
       self.queue = queue

   def run(self):
       while True:
           # 阻塞程序,时刻监听老师,接收消息
           msg = self.queue.get()
           # 一旦发现点到自己名字,就赶紧答到
           if msg == self.name:
               print("{}:到!".format(self.name))


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

   def call(self, student_name):
       print("老师:{}来了没?".format(student_name))
       # 发送消息,要点谁的名
       self.queue.put(student_name)


queue = Queue()
teacher = Teacher(queue=queue)
s1 = Student(name="小明", queue=queue)
s2 = Student(name="小亮", queue=queue)
s1.start()
s2.start()

print('开始点名~')
teacher.call('小明')
time.sleep(1)
teacher.call('小亮')

运行结果如下

开始点名~
老师:小明来了没?
小明:到!
老师:小亮来了没?
小亮:到!

. 总结

学习了以上三种通信方法,我们很容易就能发现EventCondition 是threading模块原生提供的模块,原理简单,功能单一,它能发送 TrueFalse 的指令,所以只能适用于某些简单的场景中。

Queue则是比较高级的模块,它可能发送任何类型的消息,包括字符串、字典等。其内部实现其实也引用了Condition模块(譬如putget函数的阻塞),正是其对Condition进行了功能扩展,所以功能更加丰富,更能满足实际应用。

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