Python 多线程 同步

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Python 进程 Process 并行

并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生,Python 中的进程属于并行,能充分利用计算机资源,效率最高,同时执行多个任务,占用多个 CPU 资源;

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Python 线程 threading 并发

并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生,Python 中的线程属于并发,不管计算机有多少个 CPU ,不管你开了多少个线程,同一时间多个任务会在其中一个 CPU 来回切换,只占用一个 CPU ,效率并不高;

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信号量

1)概述:信号量是用来 控制线程并发数的。

2)原理:BoundedSemaphore和Semaphore管理一个内置的计数器。每当 资源释放递增时(调用acquire)计数器-1,资源消耗时递减(调用release)计数器+1。

3)调用格式: threading.BoundedSemaphore/Semaphore(value);值默认1

4)使用场景: 停车位(固定的停车位,车位全部被占用则进不来;只有车子离开其余车才能进来)

5)BoundedSemaphore和Semaphore区别: 前者将在调用release()时检查计数器的值是否超过了计数器的初始值,如果超过将抛出一个异常。

6)注意事项: 计数器不能小于0,当计数器为0时:acquire()将阻塞线程至同步锁定状态,直到其他线程调用release()。

案例操作

停车场只有3个停车位。来了5辆汽车需要停车这时候就使用Semaphore来控制访问量了

只能同时允许3辆车同时进入停车场,第4辆车只有等先进入的3辆车中有车出来才可进入

import threading,time,random

semaphore=threading.Semaphore(3)#同一时间只能有3个线程处于运行状态

def run (ii):

    semaphore.acquire() # 获得信号量:信号量减一

    print(ii,'号车可以进入')

    time.sleep(random.randint(0,10)*1)

    print(ii,'号停车位释放')

    semaphore.release()# 释放信号量:信号量加一

for i in range(5):#创建5个线程

    t=threading.Thread(target=run,args=(i,))

    t.start()

BoundedSemaphore和Semaphore区别案例操作

BoundedSemaphore调用时如果计数器的值超过了初始值会抛出异常;但是Semaphore不会

import threading,time,random

semaphore=threading.BoundedSemaphore(3)#同一时间只能有3个线程处于运行状态

def run (ii):

    semaphore.acquire() # 获得信号量:信号量减一

    print(ii,'号车可以进入')

    time.sleep(random.randint(0,10)*1)

    print(ii,'号停车位释放')

    #***************此处高能******************

    semaphore.release()# 释放信号量:信号量加一

    # 再次释放信号量:信号量加一,这时超过限定的信号量数目会报错ValueError: Semaphore released too many times

    semaphore.release()

    #***************高能结束******************

for i in range(5):#创建5个线程

    t=threading.Thread(target=run,args=(i,))

    t.start()

信号量

信号量也是一把锁,可以指定信号量为5,对比互斥锁同一时间只能有一个任务抢到锁去执行,信号量同一时间可以有5个任务拿到锁去执行

如果说互斥锁是合租房屋的人去抢一个厕所,那么信号量就相当于一群路人争抢公共厕所,公共厕所有多个坑位,这意味着同一时间可以有多个人上公共厕所,但公共厕所容纳的人数是一定的,这便是信号量的大小

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

sm = Semaphore(3)

def task():
    sm.acquire()
    print("%s in" %current_thread().getName())
    time.sleep(3)
    sm.release()
    print()

if __name__ == "__main__":
    for i in range(1,11):
        t = Thread(target=task)
        t.start()

设置坑3个,先是线程1-3抢到坑,然后释放了,其他线程开始抢

Semaphore管理一个内置的计数器,

每当调用acquire()时内置计数器-1;

调用release() 时内置计数器+1;

计数器不能小于0;当计数器为0时,acquire()将阻塞线程直到其他线程调用release()。

semaphore信号量相关函数介绍

acquire() — 消耗信号量,内置计数器减一;

release() — 释放信号量,内置计数器加一;

在semaphore信号量有一个内置计数器,控制线程的数量,acquire()会消耗信号量,计数器会自动减一;release()会释放信号量,计数器会自动加一;当计数器为零时,acquire()调用被阻塞,直到release()释放信号量为止。

创建多个线程,限制同一时间最多运行5个线程,示例代码如下:

# -*- coding:utf-8 _*-
# 导入线程模块
import threading
# 导入时间模块
import time

# 添加一个计数器,最大并发线程数量5(最多同时运行5个线程)
semaphore = threading.Semaphore(5)


def foo():
    semaphore.acquire()  # 计数器获得锁
    time.sleep(2)  # 程序休眠2秒
    print("当前时间:", time.ctime())  # 打印当前系统时间
    semaphore.release()  # 计数器释放锁


if __name__ == "__main__":
    thread_list = list()
    for i in range(20):
        t = threading.Thread(target=foo, args=())  # 创建线程
        thread_list.append(t)
        t.start()  # 启动线程

    for t in thread_list:
        t.join()

    print("程序结束!")

得到如下结果

当前时间: Thu Apr 14 19:26:48 2022
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当前时间: Thu Apr 14 19:26:52 2022
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程序结束!

根据打印的日志可以看出,同一时间只有5个线程运行,间隔两秒之后,再次启动5个线程,直到20个线程全部运行结束为止;如果没有设置信号量Semapaore,创建线程直接start(),输出的时间全部都是一样的,这个问题比较简单,可以自己去实验一下!

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关于作者

王硕,网名信平,十多年软件开发经验,业余架构师,熟悉 Java/Python/Go 等,喜欢读书,音乐和宅在家里。
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