threading

threading模块用于创建和管理线程。

threading 模块

线程是系统调度资源的最小单位（CPU 通过计时器来切换线程）

在 Python 中，同个时间只有一个线程在运行

当然，如果你运行大量的 I/O 任务，多进程依然是最好的选择

线程数等于 CPU 内核数的两倍是最高效的。

GIL 是一个防止多个线程同时执行 Python 字节码的互斥锁。之所以需要这种锁，主要是因为 CPython 的内存管理不是线程安全的

在这种环境下，GIL 限制解释器本身只能有一个线程运行，而且任何 Python 解释器级别的操作都是序列化的，因此任何时候都只能有一条语句抛出异常。与异常相关的共享变量也因此受到保护。

线程间通信的目的主要是为了线程同步，因此线程没有像进程通信那样用于数据交换的通信机制。

Python 的标准库提供了两个模块：_thread 和 threading，_thread 是低级模块，threading 是高级模块，对_thread 进行了封装。绝大多数情况下，我们只需要使用 threading 这个高级模块。

threading:Threading Multiprocessing Module Code Documentation

多线程

import time
import threading


def test_thread(para='hi', sleep=3):
    time.sleep(sleep)
    print(para)


def main():
    # 创建线程
    thread_hi = threading.Thread(target=test_thread)
    thread_hello = threading.Thread(target=test_thread, args=('hello', 1))
    # 运行线程
    thread_hi.start()
    thread_hello.start()

    # join表示阻塞，直到子线程结束，再向下执行。可以加也可以不加。
    thread_hi.join()
    thread_hello.join()

    print('Main thread has ended!')


if __name__ == '__main__':
    main()

"""
添加join后，输出：
hello
hi
Main thread has ended!

不添加join后，输出：
Main thread has ended!
hello
hi
"""

守护线程

设置守护线程的子线程会在主线程结束时自动结束。

import time
import threading


def test_thread(para='hi', sleep=3):
    time.sleep(sleep)
    print(para)



# create thread
thread_hi = threading.Thread(target=test_thread)
thread_hello = threading.Thread(target=test_thread, args=('hello', 1))
thread_hello.daemon = True
thread_hi.daemon = True

# run thread
thread_hi.start()
thread_hello.start()

print('Main thread has ended!')


"""
添加守护线程后，输出：
Main thread has ended!
"""

这是因为主线程中没有阻塞等待子线程，执行到print('Main thread has ended!')时，主线程结束，此时子线程还在time.sleep，由于子线程是守护线程，所以会立即结束，还未执行的代码不会执行。

多线程实现下载任务

如下所示的界面中，有“下载”和“关于”两个按钮，用休眠的方式模拟点击“下载”按钮会联网下载文件需要耗费 10 秒的时间，当点击“下载”按钮后，整个任务阻塞：

import time
import tkinter
import tkinter.messagebox


def download():
    # 模拟下载任务需要花费5秒钟时间
    time.sleep(5)
    tkinter.messagebox.showinfo('提示', '下载完成!')


def show_about():
    tkinter.messagebox.showinfo('关于', '作者: 123(v1.0)')


def main():
    top = tkinter.Tk()
    top.title('单线程')
    top.geometry('400x400')
    top.wm_attributes('-topmost', True)

    panel = tkinter.Frame(top)
    button1 = tkinter.Button(panel, text='下载', command=download)
    button1.pack(side='left')
    button2 = tkinter.Button(panel, text='关于', command=show_about)
    button2.pack(side='right')
    panel.pack(side='bottom')

    tkinter.mainloop()


if __name__ == '__main__':
    main()

使用多线程后，不会阻塞了主线程：

import time
import tkinter
import tkinter.messagebox
from threading import Thread


def main():

    class DownloadTaskHandler(Thread):

        def run(self):
            time.sleep(5)
            tkinter.messagebox.showinfo('提示', '下载完成!')
            # 启用下载按钮
            button1.config(state=tkinter.NORMAL)

    def download():
        # 禁用下载按钮
        button1.config(state=tkinter.DISABLED)
        # 通过daemon参数将线程设置为守护线程(主程序退出就不再保留执行)
        # 在线程中处理耗时间的下载任务
        DownloadTaskHandler(daemon=True).start()

    def show_about():
        tkinter.messagebox.showinfo('关于', '作者: 123(v1.0)')

    top = tkinter.Tk()
    top.title('多线程')
    top.geometry('400x400')
    top.wm_attributes('-topmost', 1)

    panel = tkinter.Frame(top)
    button1 = tkinter.Button(panel, text='下载', command=download)
    button1.pack(side='left')
    button2 = tkinter.Button(panel, text='关于', command=show_about)
    button2.pack(side='right')
    panel.pack(side='bottom')

    tkinter.mainloop()


if __name__ == '__main__':
    main()

会看到弹出的窗口是多模态的，点击下载按钮不影响其他按钮操作。

Python 的多线程并不能发挥 CPU 的多核特性，这一点只要启动几个执行死循环的线程就可以得到证实了。

之所以如此，是因为 Python 的解释器有一个“全局解释器锁”（GIL）的东西，任何线程执行前必须先获得 GIL 锁，然后每执行 100 条字节码，解释器就自动释放 GIL 锁，让别的线程有机会执行。

好在Python3.13已经支持在禁用 GIL 的情况下运行。