Python代码并发编程:深入理解多线程和多进程,提升代码并发能力
发布时间: 2024-06-20 11:59:25 阅读量: 7 订阅数: 19 ![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/col_vip.0fdee7e1.png)
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# 1. Python并发编程基础
Python是一种解释型语言,它支持并发编程,允许程序同时执行多个任务。并发编程可以提高应用程序的性能和响应能力,尤其是在处理大量数据或长时间运行的任务时。
Python提供了多线程和多进程两种并发编程模型。多线程编程使用单个进程中的多个线程,而多进程编程使用多个独立的进程。每种模型都有其优缺点,具体选择取决于应用程序的需求。
# 2. 多线程编程**
**2.1 线程的概念和生命周期**
**2.1.1 线程的创建和终止**
线程是计算机程序中执行任务的独立执行单元。每个线程都有自己的栈和程序计数器,但共享同一地址空间和全局变量。
**创建线程**
在 Python 中,可以使用 `threading` 模块创建线程:
```python
import threading
# 创建一个线程
thread = threading.Thread(target=my_function, args=(arg1, arg2))
# 启动线程
thread.start()
```
**终止线程**
线程可以主动终止,也可以在完成任务后自动终止。
* **主动终止:**使用 `thread.join()` 方法等待线程完成任务并终止:
```python
thread.join()
```
* **自动终止:**当线程完成其任务时,它将自动终止。
**2.1.2 线程的同步和通信**
线程之间需要同步和通信才能有效协作。
**同步**
同步机制确保线程按预期顺序执行,防止数据竞争。
* **锁:**锁是一种同步机制,允许一个线程一次访问共享资源。
* **信号量:**信号量是一种同步机制,限制可以同时访问共享资源的线程数量。
**通信**
线程之间可以通过共享变量或队列进行通信。
* **共享变量:**线程可以访问和修改共享变量,但需要同步机制来防止数据竞争。
* **队列:**队列是一种线程安全的数据结构,允许线程在不发生数据竞争的情况下交换数据。
**2.2 多线程编程实践**
**2.2.1 多线程的创建和管理**
**创建多线程**
可以使用 `threading.Thread` 类或 `concurrent.futures.ThreadPoolExecutor` 创建多个线程。
**管理多线程**
* **线程池:**线程池是一种管理线程的机制,可以提高性能和可伸缩性。
* **同步机制:**使用锁或信号量等同步机制来防止数据竞争。
**2.2.2 线程间通信和同步机制**
**线程间通信**
* **共享变量:**线程可以访问和修改共享变量,但需要同步机制来防止数据竞争。
* **队列:**队列是一种线程安全的数据结构,允许线程在不发生数据竞争的情况下交换数据。
**同步机制**
* **锁:**锁是一种同步机制,允许一个线程一次访问共享资源。
* **信号量:**信号量是一种同步机制,限制可以同时访问共享资源的线程数量。
**代码示例:**
```python
import threading
# 创建一个共享变量
shared_variable = 0
# 创建两个线程
thread1 = threading.Thread(target=increment_shared_variable)
thread2 = threading.Thread(target=increment_shared_variable)
# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()
# 等待线程完成
thread1.join()
thread2.join()
# 打印共享变量的值
print(shared_variable) # 输出:2
# 定义线程函数
def increment_shared_variable():
global shared_variable
for i in range(1000000):
shared_variable += 1
```
**逻辑分析:**
* 创建一个共享变量 `shared_variable`,初始值为 0。
* 创建两个线程 `thread1` 和 `thread2`,它们都调用 `increment_shared_variable` 函数。
* `increment_shared_variable` 函数将 `shared_variable` 的值增加 1000000 次。
* 使用 `thread.join()` 等待线程完成。
* 打印 `shared_variable` 的值,它应该是 2000000。
**参数说明:**
* `threading.Thread(target, args)`:创建一个线程,`target` 是线程函数,`args` 是传递给线程函数的参数。
* `thread.start()`:启动线程。
* `thread.join()`:等待线程完成。
# 3. 多进程编程
### 3.1 进程的概念和生命周期
#### 3.1.1 进程的创建和终止
**进程的概念**
进程是操作系统分配资源的基本单位,它代表正在执行的一个程序。每个进程都有自己的地址空间、堆栈和资源。
**进程的创建**
在 Python 中,可以使用 `multiprocessing` 模块创建进程。`Process` 类提供了 `start()` 方法来启动进程,`join()` 方法来等待进程完成。
```python
import multiprocessing
def worker(num):
print(f"Worker {num} is runni
```
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