python多线程编程 入门教程

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在学习多线成编程之前，我们先看看 多任务 的概念。

一、多任务：

1.1 概念：

多任务就是指：同一时间能执行多个任务。比方我们的电脑能一边QQ聊天，一边写论文，还能听歌。

1.2 多任务的优势：

多任务的最大好处是 充分利用CPU资源，提高程序的执行效率。

1.3 多任务的两种表现形式：

（1）并发：

在一段时间内交替去执行多个任务。

例子：

对于单核CPU处理多任务，操作系统轮流让各个任务交替执行。如下图所示：

（2）并行：

在一段时间内真正的同时一起执行多个任务。

例子：

对于多核cpu处理多任务，操作系统会给cpu的每个内核安排一个执行的任务， 多个内核是真正的一起同时执行多个任务。这里需要注意多核cpu是并行的执行多任务，始终有多个任务一起执行。

二、进程：

在python中，想要实现多任务，可以使用多进程来实现。

2.1 进程的概念：

进程(Process) 是资源分配的最小单位，它是操作系统进行资源分配和调度运行的基本单位，通俗理解: 一个正在运行的程序就是一个进程。例如：正在运行的qq,微信等，他们都是一个进程。
注意：一个正在运行的程序才叫进程，而没有运行的程序，只能叫程序，不能叫进程。
同时，一个程序可以有一个或者多个进程。

2.2 多进程的作用：

上图中是一个非常简单的程序，一旦运行hello.py这个程序，按照代码的执行顺序,

func_ a

函数执行完毕后才能执行

func_ b

函数。如果可以让

func a

和

func _b

同时运行,显然执行hello.py这个程序的效率会大大提升。
那怎么实现呢？接着看：

如下图所示，当运行hello.py这个程序的时候，先创建一个主进程，之后再创建了一个子进程，让主进程执行func_a，让子进程执行func_b，这样就使用多进程实现了多任务。

2.3 多进程完成多任务：

（1）进程的创建步骤：

• 1、导入进程包：

import multiprocessing

• 2、通过进程类创建进程对象：

进程对象 = multiprocessing.Process(target=任务名)

• 3、启动进程执行任务：

进程对象.start()

（2）多进程例子：

下面程序是单进程，先执行唱歌的函数，再执行跳舞的函数。需要3秒完成。

import time

# 唱歌defsing():for i inrange(3):print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance():for i inrange(3):print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":
    sing()
    dance()

运行结果：

上面的程序怎么使用多进程实现呢？下面的程序实现了多进程实现多任务，我们会发现，只需要1.5秒执行完了，唱歌和跳舞是交替执行的。

# 1.导入进程包import time
import multiprocessing

# 唱歌defsing():for i inrange(3):print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance():for i inrange(3):print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":# 2.使用进程类创建进程对象
    sing_process = multiprocessing.Process(target=sing)
    dance_process = multiprocessing.Process(target=dance)# 3.使用进程对象启动进程执行指定任务
    sing_process.start()
    dance_process.start()

运行结果：

2.4 进程执行带有参数的任务：

（1）参数说明：

进程对象 = multiprocessing.Process(target=任务名, args, kwargs)

（2）例子：

# 1.导入进程包import time
import multiprocessing

# 唱歌defsing(num, name):for i inrange(num):print(name)print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance(num, name):for i inrange(num):print(name)print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":# 2.使用进程类创建进程对象# args:使用元组方式给指定任务传参
    sing_process = multiprocessing.Process(target=sing, args=(3,"李华"))# kwargs:使用字典方式给指定任务传参
    dance_process = multiprocessing.Process(target=dance, kwargs={"num":2,"name":"小明"})# 3.使用进程对象启动进程执行指定任务
    sing_process.start()
    dance_process.start()

2.5 获取进程编号：

（1）作用：

当程序中进程的数量越来越多时，如果没有办法区分主进程和子进程还有不同的子进程,那么就无法进行有效的进程管理,为了方便管理实际上每个进程都是有自己的编号。

（2）获取进程编号的两种方式：

• （1）获取当前进程编号：

import os

os.getpid()

• （2）获取当前父进程编号：

import os

os.getppid()

（3）例子：

# 1.导入进程包import os
import time
import multiprocessing

# 唱歌defsing(num, name):print("唱歌进程编号:", os.getpid())print("唱歌进程的父进程:", os.getppid())for i inrange(num):print(name)print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance(num, name):print("跳舞进程编号:", os.getpid())print("跳舞进程的父进程:", os.getppid())for i inrange(num):print(name)print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":print("主进程的编号:", os.getpid())# 2.使用进程类创建进程对象# args:使用元组方式给指定任务传参
    sing_process = multiprocessing.Process(target=sing, args=(3,"李华"))# kwargs:使用字典方式给指定任务传参
    dance_process = multiprocessing.Process(target=dance, kwargs={"num":2,"name":"小明"})# 3.使用进程对象启动进程执行指定任务
    sing_process.start()
    dance_process.start()

运行结果：

2.6 进程的注意事项：

（1）主进程会等待所有的子进程完成才结束：

如下图所示，打开QQ时会创建一个主进程，而QQ里面有两个子进程。主进程会等待所有的子进程完成才结束：

下面看一个例子：

import time
import multiprocessing

defwork():# 子进程会工作2秒钟for i inrange(10):print("工作中...")
        time.sleep(0.2)if __name__ =="__main__":
    work_process = multiprocessing.Process(target=work)
    work_process.start()# 主进程睡眠1秒
    time.sleep(1)print("主进程执行完了...")

运行结果：

我们发现，虽然打印了主进程执行完了，但是程序还没有结束，这就说明：主进程会等待所有的子进程完成才结束。

但是我们都知道，当我们把QQ的主进程关闭时，子进程都结束了。那怎么做才能当主进程结束时，子进程也结束了呢？

（2）设置守护主进程：

这个就是说，每一个子进程都守护主进程，当主进程结束了之后，子进程直接结束，也就是被销毁。

只需要加一句话：

work_process.daemon =True# 设置子进程 守护 主进程

看个完整的例子：

import time
import multiprocessing

defwork():# 子进程会工作2秒钟for i inrange(10):print("工作中...")
        time.sleep(0.2)if __name__ =="__main__":
    work_process = multiprocessing.Process(target=work)
    work_process.daemon =True# 设置子进程 守护 主进程
    work_process.start()# 主进程睡眠1秒
    time.sleep(1)print("主进程执行完了...")

运行结果：

2.7 多进程-案例：

（1）需求分析：

（2）实现步骤：

（3）文件的拷贝函数实现步骤：

（4）实现代码：

import os
import multiprocessing

defcopy_file(file_name, source_dir, dest_dir):# 1.拼接源文件路径和目标文件路径
    source_path = source_dir +"/"+ file_name
    dest_path = dest_dir +"/"+ file_name

    # 2.打开源文件和目标文件withopen(source_path,"rb")as source_file:withopen(dest_path,"wb")as dest_file:# 3.循环读取源文件到目标文件whileTrue:
                data = source_file.read(1024)if data:# 没到文件的最后一行
                    dest_file.write(data)else:# 为空，则说明到最后一行breakif __name__ =="__main__":# 1.定义源文件夹和目标文件夹
    source_dir = r"python视频"
    dest_dir = r"/home/python/桌面/test"# 2.创建目标文件夹try:
        os.mkdir(dest_dir)except:print("目标文件夹已经存在，未创建")# 3.读取源文件的文件列表
    file_list = os.listdir(source_dir)# 4.遍历文件列表实现拷贝for file_name in file_list:# copy_file(file_name, source_dir,dest_dir) # 这个实现是单任务的拷贝# 5.使用多进程实现多任务拷贝
        sub_process = multiprocessing.Process(target=copy_file,
                                              args=(file_name, source_dir, dest_dir))
        sub_process.start()

三、线程：

3.1 线程的介绍：

进程是分配资源的最小单位，一旦创建一个进程就会分配一 定的资源，就像跟两个人聊QQ就需要打开两个QQ软件一样是比较浪费资源的。
线程是程序执行的最小单位，实际上进程只负责分配资源，而利用这些资源执行程序的是线程，也就说进程是线程的容器。一个进程中最少有一一个线程来负责执行程序，同时线程自己不拥有系统资源，只需要一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。这就像通过一个QQ软件(一个进程)打开两个窗口(两个线程)跟两个人聊天一样，实现多任务的同时也节省了资源。

3.2 多线程的作用：

将上图中的程序使用多线程实现，怎么做呢？为此我们先看一下，单线程是怎么实现的：
如下图，单线程是按照顺序实现的，也就是说进程中默认有一个线程用来执行程序，我们称之为主线程。

如何使用多线程实现呢？和前面的进程一样，用主线程执行func_a，再创建一个子线程执行func_b。

3.3 多线程实现多任务：

（1）线程的创建步骤：

• 1、导入线程包：

import threading

• 2、通过线程类创建线程对象：

线程对象 = threading.Thread(target=任务名)

• 3、启动线程执行任务：

线程对象.start()

（2）多进程例子：

下面程序是单线程，先执行唱歌的函数，再执行跳舞的函数。需要3秒完成。

import time

# 唱歌defsing():for i inrange(3):print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance():for i inrange(3):print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":
    sing()
    dance()

运行结果：

上面的程序怎么使用多线程实现呢？下面的程序实现了多线程实现多任务，我们会发现，只需要1.5秒执行完了，唱歌和跳舞是交替执行的。

# 1.导入进程包import time
import threading

# 唱歌defsing():for i inrange(3):print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance():for i inrange(3):print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":# 2.使用进程类创建进程对象
    sing_thread = threading.Thread(target=sing)
    dance_thread = threading.Thread(target=dance)# 3.使用进程对象启动进程执行指定任务
    sing_thread.start()
    dance_thread.start()

运行结果：

3.4 线程执行带有参数的任务：

（1）参数说明：

进程对象 = threading.Thread(target=任务名, args, kwargs)

（2）例子：

# 1.导入进程包import time
import threading

# 唱歌defsing(num, name):for i inrange(num):print(name)print("唱歌...")
        time.sleep(0.5)# 延迟0.5秒# 跳舞defdance(num, name):for i inrange(num):print(name)print("跳舞...")
        time.sleep(0.5)if __name__ =="__main__":# 2.使用进程类创建进程对象# args:使用元组方式给指定任务传参
    sing_thread = threading.Thread(target=sing, args=(3,"李华"))# kwargs:使用字典方式给指定任务传参
    dance_thread = threading.Thread(target=dance, kwargs={"num":2,"name":"小明"})# 3.使用进程对象启动进程执行指定任务
    sing_thread.start()
    dance_thread.start()

3.5 主线程和子线程的结束顺序：

（1）主线程会等待所有的子线程完成才结束：

下面的例子说明了主线程会等待所有的子线程完成才结束。

import time
import threading

defwork():# 子进程会工作2秒钟for i inrange(10):print("工作中...")
        time.sleep(0.2)if __name__ =="__main__":
    work_thread = threading.Thread(target=work)
    work_thread.start()# 主进程睡眠1秒
    time.sleep(1)print("主线程执行完了...")

运行结果：

我们发现，虽然打印了主线程执行完了，但是程序还没有结束，这就说明：主线程会等待所有的子线程完成才结束。

但是我们希望主线程结束了，则所有的子线程都结束，那怎么做呢？接着看：

（2）设置守护主线程：

• 方法一： 只需要加一句话：

work_process.daemon =True# 设置子线程 守护 主进程

• 方法二：

work_thread = threading.Thread(target=work, daemon=True)# 设置子线程 守护 主进程

看个完整的例子：

import time
import threading

defwork():# 子进程会工作2秒钟for i inrange(10):print("工作中...")
        time.sleep(0.2)if __name__ =="__main__":# 方法一：
    work_thread = threading.Thread(target=work, daemon=True)# 设置子进程 守护 主进程# 方法二：
    work_thread.daemon =True# 设置子进程 守护 主进程
    work_thread.start()# 主进程睡眠1秒
    time.sleep(1)print("主线程执行完了...")

运行结果：

3.6 线程间的执行顺序：

（1）线程间的执行是无序的：

下图是一个进程创建的三个线程，这三个线程的执行顺序是无序的，与创建的顺序无关，它与操作系统的调度有关。

看一个例子：

（2）例子：

我们发现，运行的结果和线程的创建顺序并不一样，所以证明：线程间的执行是无序的。

import threading
import time

deftask():
    time.sleep(1)# 延迟一秒# current_thread:获取当前线程的对象
    thread = threading.current_thread()# 获取当前的线程print(thread)if __name__ =="__main__":for i inrange(5):# 创建5个线程
        sub_thread = threading.Thread(target=task)
        sub_thread.start()

运行结果：

3.7 多线程-案例：

（1）需求分析：

（2）实现：

由于实现的步骤和多进程是一样的，所有接下来直接看代码，注释在代码中：

import os
import threading
defcopy_file(file_name, source_dir, dest_dir):# 1.拼接源文件路径和目标文件路径
    source_path = source_dir +"/"+ file_name
    dest_path = dest_dir +"/"+ file_name

    # 2.打开源文件和目标文件withopen(source_path,"rb")as source_file:withopen(dest_path,"wb")as dest_file:# 3.循环读取源文件到目标文件whileTrue:
                data = source_file.read(1024)if data:# 没到文件的最后一行
                    dest_file.write(data)else:# 为空，则说明到最后一行breakif __name__ =="__main__":# 1.定义源文件夹和目标文件夹
    source_dir = r"python视频"
    dest_dir = r"/home/python/桌面/test"# 2.创建目标文件夹try:
        os.mkdir(dest_dir)except:print("目标文件夹已经存在，未创建")# 3.读取源文件的文件列表
    file_list = os.listdir(source_dir)# 4.遍历文件列表实现拷贝for file_name in file_list:# copy_file(file_name, source_dir,dest_dir) # 这个实现是单任务的拷贝# 5.使用多线程实现多任务拷贝
        sub_thread = threading.Thread(target=copy_file,
                                      args=(file_name, source_dir, dest_dir))
        sub_thread.start()

四、进程和线程对比：

4.1 关系对比：

4.2 区别对比：

4.3 优缺点对比：