Python线程

什么是并行性（parallelism）

早期的机器在 CPU 中只有一个内核（core），所有处理都在这个内核中进行。
为什么内核的数量很重要——这是因为它说明了机器处理多种事情的能力。 如果您有 16 个内核，那么您可以同时执行 16 种不同的操作。
假设您要执行 16 种不同的加法运算，并假设每个运算需要 1 秒。 在单核机中，这些操作必须一个一个地执行，也就是说16个加法运算在16秒内完成。 现在在一台 16 核的机器上，你可以将 16 个加法操作同时部署到每个核上，并在 1 秒内完成工作。 这称为并行性。

线程处理（threading）

线程（thread）是一组需要执行的操作。 一个线程将部署在 CPU 中的一个内核中。
注意： 1 个线程只能部署在 1 个内核中，不能转移/交换。
让我们将两个线程部署到一个内核。
注意 ：一个内核一次只能做一件事。

现在我们可以按我们想要的方式处理这两个线程。
首先，我们可以处理第一个线程的一半。

现在可以处理下一个线程的一半。

其余一半的线程可以以类似的方式处理。

这就是线程——这是我们如何在同一个 CPU 内核上运行不同的东西。 线程处理（threading）是关于我们如何处理内核中的线程。

注意：线程不涉及在多个内核上运行。 它是关于如何在同一个内核中对一组程序（线程）进行排序。

为什么我们需要线程处理？

有时，线程可能会挂起（hanging），这意味着它应该在那个时间点处于空闲（idle）状态。 最好的例子是 time.sleep() 函数，它什么都不做，只是等待给定的时间。 当一个线程空闲/挂起时，我们可以继续处理另一个线程，直到前一个线程变为活动状态。 当一个线程正在等待时，您可以同时处理另一个线程。
这就是我们所说的并发计算（concurrent computing）。

一个小例子

让我们用一个小例子来解释线程。查看下面的代码片段。

#Part One of the code
import time
print(1)
time.sleep(10)
print('Done sleeping)
print(2)

#Part Two of the code
print(3)

输出如下所示：

1
Done sleeping
2
3

现在让我们假设您将代码作为两个线程执行。 第一部分作为一个线程，第二部分作为一个线程。 （注意——默认情况下，Python 代码没有配置线程——我们需要导入threading 库来做到这一点。）

首先导入库 threading，然后打印‘1’。 现在线程进入睡眠状态。 这就是线程发挥作用的地方。

内核现在切换到另一个线程。

现在打印了“3”。因为所有进程都是在线程2中完成的，所以内核现在切换回线程1(它仍然处于睡眠状态)。

现在，在睡眠时间之后，’ 2 '被打印出来。
所以输出是

1
3
Done sleeping
2

实际例子

I/O进程（processes）受益于线程。
假设你正在Netflix上看《肖申克的救赎》。当你看着Andy Dufresne在监狱里受苦时，会发生两件事:一，应用程序从服务器获取数据;二，获取的数据会像电影一样显示在你的屏幕上。

想象一下如果没有线程处理会是什么情况。你需要偶尔等待视频被下载，观看被获取的片段，等待下一个片段被下载，等等。
由于有了线程处理，我们可以将两个进程分成不同的线程。当一个线程获取数据时(也就是说，它处于挂起/休眠模式)，另一个线程可以向您展示Morgan Freeman的表演。
它对作为数据科学家的您也非常有用。例如，当您从多个网页抓取数据时，您可以简单地将它们部署在多个线程中，使其更快。即使将数据推送到服务器，也可以在多个线程中进行，这样当一个线程空闲时，就可以触发其他线程。

更细致的例子

如前所述，默认情况下，Python代码不提供线程处理——我们需要导入 threading 库来实现这一点。

import threading
import time

def sleepy_man(secs):
    print('Starting to sleep inside')
    time.sleep(secs)
    print('Woke up inside')

x = threading.Thread(target = sleepy_man, args = (1,))
x.start()
print(threading.activeCount())
time.sleep(1.2)
print('Done')

代码输出如下：

Starting to sleep inside
2
Woke up inside
Done

首先，让我一步一步解释代码。 然后我们将分析输出。

• 首先导入 threading 和 time 库。 threading 是允许我们创建线程的库，time 是包含函数 sleep 的库。
• 函数 sleepy_man 接受一个参数——秒。 它首先打印“Starting to sleep inside”。 然后它会休眠几秒钟，然后打印“Woke up inside”。
• 这是我们开始创建线程的部分。 我们需要通过调用类threading.Thread来定义。 我们需要传递两个参数——target 是需要线程化的函数块，args 是需要传递给函数的参数。 返回一个线程对象，该对象现在存储在 x 中。

x = threading.Thread(target = sleepy_man, args = (1,))

• 现在定义线程类后，我们需要调用函数 start() 来启动线程

x.start()

• 注意:现在我们有了两个线程。该程序的一个默认线程和一个我们定义的新线程。因此活动线程数为 2。
• 因此，该语句应该输出’ 2 '。

print(threading.activeCount())

现在让我们来看看控制的流程。一旦调用 start() 方法，它就会触发 sleepy_man()，并在单独的线程中运行。
主程序也将作为另一个线程并行运行。流程如下图所示。
现在让我们增加函数中程序休眠的时间。

import threading
import time

def sleepy_man(secs):
    print('Starting to sleep inside')
    time.sleep(secs)
    print('Woke up inside')

x = threading.Thread(target = sleepy_man, args = (4,))
x.start()
print(threading.activeCount())
time.sleep(1.2)
print('Done')

输出如下：

Starting to sleep inside
2
Done
Woke up inside

流程如下图所示

现在让我们运行一个触发多个线程的 for 循环。

import threading
import time

def sleepy_man(secs):
    print('Starting to sleep inside - Iteration {}'.format(5-secs))
    time.sleep(secs)
    print('Woke up inside - Iteration {}'.format(5-secs))

for i in range(3):
    x = threading.Thread(target = sleepy_man, args = (5-i,))
    x.start()

print('Active threads- ', threading.activeCount())

在每次迭代中，我们触发一个线程。注意，我们分别在第1次、第2次和第3次迭代时传递参数5、4、3。因此sleepy_man()的睡眠时间分别为5秒、4秒和3秒。
输出如下：

Starting to sleep inside - Iteration 0
Starting to sleep inside - Iteration 1
Starting to sleep inside - Iteration 2
Active threads-  4
Woke up inside - Iteration 2
Woke up inside - Iteration 1
Woke up inside - Iteration 0

因此，我们已经看到了如何定义和触发多个线程，确保了更好的处理方式，这对于繁重的I/O操作非常重要。

参考

本文主要参考Beginners Guide to Threading in Python