Python进阶----线程基础,开启线程的方式(类和函数),线程VS进程,线程的方法,守护线程,详解互斥锁,递归锁,信号量

一丶线程的理论知识

什么是线程:

???1.线程是一堆指令,是操作系统调度的最小单位

???2.线程具有执行能力

????3.线程依赖于进程

????4.具有主从关系(人为定义,每一个进程都至少有一个主线程

二丶开启线程的两种方式(Thread)

类的方式开启线程

### 利用到Thread

from  threading import Thread

class MyThread(Thread):
   
    def run(self) -> None:      # 必须重写run函数
        print(f'{self.name} 被开启了~~')
        
        
if __name__ == '__main__':
    t=MyThread()                # 实例化一个自定义线程类对象
    t.start()                   # 启动子线程
    print('in 主线程')

函数的方式开启线程

### 函数开启线程
from  threading import Thread

def task(name):
    print(f'在子线程中: {name}')
        

if __name__ == '__main__':
    
    t=Thread(target=task,args=('abc',))        # 实例化线程对象
    t.start()                               # 启动子线程
    
    print('主~~~~')

三丶线程和进程之间的对比

进程VS线程:

???1.线程的启动速度 快于 进程的启动速度

???2.线程之间数据可以共享,进程之间不能数据共享(必须依靠队列才能实现)

???3.线程开销小,进程开销大

???4.在运行速度上,进程和线程是没有可比性.(两个不同的概念,线程具有执行能力,进程不具有执行能力)

四丶线程的其他方法

两种:

???1.线程对象方法

???2.threading对象方法

# -*-coding:utf-8-*-
# Author:Ds

from threading import Thread
import threading
import time


### 定义开启子线的方法
def task():
    time.sleep(1)       # 睡1秒,保证所有的子线程都能存活1秒 以上
    print(f'123')
    print(threading.current_thread().name)  #子线程对象名字


    
if __name__ == '__main__':
    for i in range(6):
        t=Thread(target=task,name='firstIn')    #target指定子线程任务,name子线程名
        t.start()

        
        
    ### 1. 线程对象方法
    print(t.isAlive())  # 判断线程是否还存活
    t.setName('32141')  # 设置name属性
    print(t.getName()) # 获得线程名

    

    ### 2 threading模块方法
    print(threading.current_thread())  #线程对象
    print(threading.enumerate())        # 列表 [<_MainThread(MainThread,started 10748)>,<Thread(firstIn,started 3696)>,]
    print(threading.active_count())     # 获取活跃的线程数量  (包括主线程 )  7个
    print('主线程')

五丶守护进程

什么是守护线程:

???1.守护线程必须等待所有的非守护线程以及主线程结束之后才结束

???2.本质还是子线程,在开启前被设置成守护线程.

### 守护线程

from threading import Thread
import time

def task(name):
    print(f'{name} is running')
    time.sleep(1)               # 当主线程结束了,当前守护线程也就结束了
    print(f'{name} is over')



if __name__ == '__main__':
    t = Thread(target=task,))
    t.daemon = True     # 将一个子线程设置为守护线程
    t.start()

    print('主线程')

容易产生歧义:

???1.首先 要明确,在同一时刻,CPU只允许一个任务的存在,遇到IO阻塞进行任务切换

???2.守护进程VS守护线程

??????守护线程:必须等待所有的非守护线程执行完毕以及主线程执行完毕,才能结束

??????守护进程:守护进程不会等待所有的非守护进程完毕才结束.只要主进程GG,守护进程GG

### 守护线程:   

from threading import Thread
import time

def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)       # sleep  表示要切换,执行bar子线程
    print("end123")

def bar():
    print(456)          # 执行    守护线程必须等待非守护线程执行完毕才能结束
    time.sleep(3)
    print("end456")

if __name__ == '__main__':

    t1=Thread(target=foo)
    t2=Thread(target=bar)

    t1.daemon = True
    t1.start()
    t2.start()
    print("main-------")

六丶互斥锁

含义:

???1.互斥锁,同步锁,锁.都是同一种锁LOCK

???2.在并发时,保证数据的安全(‘串行‘)

###互斥锁 实现 '并发' 

# -*-coding:utf-8-*-
# Author:Ds

from threading import Thread
from threading import Lock      # 这是线程的 互斥锁

import  time

x=100

def task(lock):
    lock.acquire()      #  加锁 实现 '并发',保证数据的安全性
    global x
    temp = x
    time.sleep(0.1)
    temp -= 1
    x = temp
    print(x)
    lock.release()


if __name__ == '__main__':
    lock=Lock()         # 实例化锁对象

####  如果想要实现并发.  1.把所有的实例对象都添加列表中,2 join循环列表,每一个线程都必须等待上一个线程执行完,必须等待上一个线程执行完

    t_li=[]  # 存放线程对象,实现并发
    for i in range(100):        # 创建100个子线程
        t=Thread(target=task,args=(lock,))
        t_li.append(t)
        t.start()
    for el in t_li:
        el.join()               # 循环列表,必须等待上一个线程执行完
    print(f'最后x:{x}')

七丶死锁现象,递归锁

死锁含义(Lock):

???一个资源被多次调用,多次调用资源未能释放,会造成一种互相等待的现象.在没有外力作用下,只能停留在这,此时的系统处于锁死状态.

死锁现象(2种):

???1.当一个进程或者一个线程一直占调用或者占用同一把锁Lock时,而不释放资源会导致其他进程/线程无法获得锁,就会出现锁死现象.一直出去阻塞acquire()状态

??????代码见??:

### 当一个锁对象已经被上锁,试图再次加锁,就会造成锁死.
from multiprocessing import Lock

def task1(loc):
    print('task1')
    loc.acquire()
    print('task1: 开始打印')
    time.sleep(random.randint(1,3))
    print('task1: 结束打印')
    loc.release()

def task2(loc):
    print('task2')
    loc.acquire()                        # 第一层锁  
    loc.acquire()                        #第二层锁,由于锁对象已经被占用(已经锁上了,还没有释放)再次上锁,就会造成锁死 (程序被卡主)~~~
    loc.release()
    print('task2: 开始打印')
    time.sleep(random.randint(1,3))
    print('task2: 结束打印')
    loc.release()


def task3(loc):
    print('task3')
    loc.acquire()
    print('task3: 开始打印')
    time.sleep(random.randint(1,3))
    print('task3: 结束打印')
    loc.release()


if __name__ == '__main__':
    loc=Lock()
    p1=Process(target=task1,args=(loc,)).start()
    p2=Process(target=task2,)).start()
    p3=Process(target=task3,)).start()

???2.当有两个进程/线程同时想要获取两个锁时,由于两者都是处于竞争关系.就可能会出现两者都阻塞在同一放,都无法同时获得两个锁 或者 要获取对方已经获得的还没有释放的锁.
??????代码如下??:

# -*-coding:utf-8-*-
# Author:Ds

from threading import  Thread
from threading import Lock
import  time

# 两把 不一样的锁
lock_A=Lock()
lock_B=Lock()

class MyThread(Thread):

    def run(self) -> None:
        self.f1()
        self.f2()

    def f1(self):
        lock_A.acquire()
        print(f'{self.name}  拿到A锁')

        lock_B.acquire() #
        print(f'{self.name} 那到B锁')
        lock_B.release()

        lock_A.release()

    def f2(self):
        lock_B.acquire()
        print(f'{self.name} 拿到B锁')

        time.sleep(1)
        lock_A.acquire()
        print(f'{self.name} 拿到A锁')
        lock_A.release()

        lock_B.release()

if __name__ == '__main__':

    for i in range(2):   # 实例化两个线程对象
        t=MyThread()    # 简单命名,线程1和线程2
        t.start()

    print('in 主线程')

    
### 口述上述代码的过程:
    #1. 线程 1 执行f1函数,拿到A锁,线程2 也要拿A锁.  由于线程1已经拿到A锁,线程2必须等待A锁
    #2. 线程1  继续执行f1函数,此时 B锁没有人使用. 轻松的执行完 f1函数
    #3. 重点:  线程1执行f2函数 拿走B锁.     而此时A锁已经被释放了,现在线程2拿走A锁,#4. 重点:  线程1执行f2函数 已经拿走B锁,继续执行需要A锁.   此时发现A锁已经被线程2拿走了,线程2 执行f1函数,已经拿走了A锁,需要B锁.而此时B锁在线程1中.
    ### 由于竞争关系的存在. 两个线程对同一个资源进行抢夺. 一直卡在acquire(),造成死锁.

?

递归锁(RLock):

???1.防止线程锁死

???2.引用计数原则:非0不能被抢,引用1次锁一次,引用N次锁N次.

???3.在并发时,保证数据的安全(‘串行‘)

# -*-coding:utf-8-*-
# Author:Ds

### 递归锁是一把锁,锁上有记录,只要acquire一次,锁上就计数1次,acquire2次,锁上就计数2次,# release1次,减一,# 只要递归锁计数不为0,其他线程不能抢.


from threading import  Thread
from threading import RLock
import  time


# 同一个锁对象,两把一样的锁,内部采用单例模式
lock_A=lock_B=RLock()


class MyThread(Thread):

    def run(self) -> None:
        self.f1()
        self.f2()

    def f1(self):
        lock_A.acquire()
        print(f'{self.name}  拿到A锁')

        lock_B.acquire() #
        print(f'{self.name} 那到B锁')
        lock_B.release()

        lock_A.release()

    def f2(self):
        lock_B.acquire()
        print(f'{self.name} 拿到B锁')

        time.sleep(1)
        lock_A.acquire()
        print(f'{self.name} 拿到A锁')
        lock_A.release()

        lock_B.release()

if __name__ == '__main__':

    for i in range(2):   # 实例化两个线程对象
        t=MyThread()
        t.start()

    print('in 主线程')

八丶信号量

含义:

???信号量允许多个线程或者进程同时进入

描述:

???描述:一个网吧,有三台电脑,一开始三台电脑都没有人.这时候来了5个人要上网,网管允许3个人进入网吧,使用电脑. 剩下的2个人就必须在门外等待,此后来的认也要在门外等待. 如果这时候有1个人已经上完网了,网管得知后,打开网吧的门,让后面的1个人进入网吧上网.如果这时候又有2个人已经上网完毕离开了,网管又打开门,让后面的2个人进入网吧上网.

???在网吧系统中,上网电脑: 属于公共资源,上网的人属于一个线程,网管就是起着信号量的作用

# -*-coding:utf-8-*-
# Author:Ds

### 信号量: 同一时间,只允许指定数量的线程工作.(多余的线程排队等候)
### 信号量允许多个线程或者进程同时进入

from  threading import Thread
from  threading import current_thread
from  threading import Semaphore

import time
import random

sm=Semaphore(3) # 定义信号量对象 同一时刻只允许3个任务被处理

def Safe_Internet():
    sm.acquire()

    print(f'{current_thread().name} 正在上网')
    time.sleep(random.randint(1,3)) # 增加随机性
    sm.release()
    print(f'33[0;35m  {current_thread().name} 已经上完网了 33[0m')

if __name__ == '__main__':
    t_l=[]
    for i in  range(20):
        t=Thread(target=Safe_Internet,)
        t_l.append(t)
        t.start()

    for i in t_l:
        i.join()

    print('in 主线程~~~~')