詳細(xì)講解Python線程應(yīng)用程序操作
Python線程應(yīng)用程序中的提供的低級(jí)的線程控制工具有thread module，一些為了簡(jiǎn)化多線程應(yīng)用的開(kāi)發(fā)程序員，用Python語(yǔ)言在thread的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個(gè)高級(jí)的線程控制庫(kù)——threading。
在這一節(jié)中，我們將剖析threading的具體實(shí)現(xiàn)。在剖析threading的具體實(shí)現(xiàn)之前，我們先來(lái)看看threading是如何使用的。我們知道通過(guò)threading.Thread創(chuàng)建多線程，有兩個(gè)階段，第一階段是調(diào)用threading.Thread.start，而第二階段是在threading.Thread.start中調(diào)用threading.Thread.run。
當(dāng)處于第一階段時(shí)，還沒(méi)有調(diào)用thread.start_new_thread創(chuàng)建原生子線程，這時(shí)候線程記錄在_limbo中。由于沒(méi)有創(chuàng)建子線程，所以現(xiàn)在沒(méi)有線程id，記錄的方式為_(kāi)limbo[thread] = thread。
在第二階段，已經(jīng)成功地調(diào)用thread. start_new_thread創(chuàng)建了原生子線程，這時(shí)將從_limbo中刪除子線程，而將子線程記錄到_active中，記錄的方式為_(kāi)active[thread_id] = thread。可見(jiàn)。
Python這兩個(gè)dict分別維護(hù)了已經(jīng)創(chuàng)建和等待創(chuàng)建的子線程集合。對(duì)這兩個(gè)dict的訪問(wèn)_active_limbo_ lock的保護(hù)之下進(jìn)行。在threading module中，提供了列舉當(dāng)前所有子線程的操作：threading. enumerate。這個(gè)操作很簡(jiǎn)單，就是將_active和_limbo中維護(hù)的線程集合的信息輸出。
在thread module中，Python提供了用戶級(jí)的線程同步工具：Lock對(duì)象。而在threading module中，Python提供了不同的用于線程同步的工具。以簡(jiǎn)化Python線程應(yīng)用程序序。這些threading中的線程同步工具實(shí)際上都是建立在thread所提供的Lock對(duì)象的基礎(chǔ)上的。
通過(guò)調(diào)用threading.Lock，我們就可以創(chuàng)建一個(gè)thread中的Lock對(duì)象，如前面所描述的，在這個(gè)對(duì)象上，我們可以進(jìn)行acquire、release等操作。在threading中的其他線程同步工具都是在這個(gè)Lock對(duì)象的基礎(chǔ)上，下面我們將對(duì)這些線程同步工具做一個(gè)概述性的介紹，具體的實(shí)現(xiàn)請(qǐng)讀者參閱threading.py。
RLock對(duì)象是Lock對(duì)象的一個(gè)變種，其內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)Lock對(duì)象，但是它是一種可重入的Lock。一般地，對(duì)于Lock對(duì)象而言，如果一個(gè)線程連續(xù)兩次進(jìn)行acquire操作。那么由于第一次acquire之后沒(méi)有release，第二次acquire將掛起線程，這將直接導(dǎo)致Lock對(duì)象永遠(yuǎn)不會(huì)release，因此線程死鎖。
RLock對(duì)象允許一個(gè)線程多次對(duì)其進(jìn)行acquire操作，因?yàn)樵谄鋬?nèi)部通過(guò)一個(gè)counter變量維護(hù)著線程acquire的次數(shù)。而且每一次的acquire操作必須有一個(gè)release操作與之對(duì)應(yīng)，在所有的release操作都完成之后，別的線程才能申請(qǐng)?jiān)揜Lock對(duì)象。
Python線程應(yīng)用程序對(duì)象是對(duì)Lock對(duì)象的包裝，在創(chuàng)建Condition對(duì)象時(shí)，其構(gòu)造函數(shù)需要一個(gè)Lock對(duì)象作為參數(shù)，如果沒(méi)有這個(gè)Lock對(duì)象參數(shù)，Condition將在內(nèi)部自行創(chuàng)建一個(gè)Rlock對(duì)象。
在Condition對(duì)象上，當(dāng)然也可以調(diào)用acquire和release操作，因?yàn)閮?nèi)部的Lock對(duì)象本身就支持這些操作。但是Condition的價(jià)值在于其提供的wait和notify的語(yǔ)義。假設(shè)有Condition對(duì)象C，當(dāng)線程A調(diào)用C.wait()時(shí)，線程A將釋放C中的Lock對(duì)象，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
直到有別的線程調(diào)用C.notify()，A才會(huì)重新通過(guò)acquire申請(qǐng)C中的Lock對(duì)象，并退出wait操作。Semaphore對(duì)象內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)Condition對(duì)象，對(duì)于管理一組共享資源非常有用。Lock對(duì)象可以保護(hù)一個(gè)共享資源，但是假如我們有一個(gè)共享資源池，其中有5個(gè)共享資源A。
這意味著可以有5個(gè)線程同時(shí)自由地訪問(wèn)這些資源，然而如果使用Lock來(lái)對(duì)共享資源進(jìn)行保護(hù)的話，所有的線程都將互斥，這使得有4個(gè)資源A被浪費(fèi)了。Semaphore正是在Condition的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的對(duì)共享資源池進(jìn)行保護(hù)的線程同步機(jī)制。Semaphore提供了兩個(gè)操作：acquire和release，都具有與Lock相同的語(yǔ)義。
當(dāng)線程調(diào)用Semaphore. acquire時(shí)，如果共享資源池中還有剩余的A時(shí)，線程就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行；而如果資源池中已經(jīng)沒(méi)有任何資源存在了，線程就會(huì)將自身掛起，直到別的線程調(diào)用Semaphore.release釋放一個(gè)資源。
與Semaphore類(lèi)似，Event對(duì)象實(shí)際上也是對(duì)Condition對(duì)象的一種包裝，只是提供了獨(dú)有的set和wait語(yǔ)義。Event類(lèi)的代碼很簡(jiǎn)單，有興趣的讀者可以參考threading.py。在thread3.py中我們看到，threading中一個(gè)關(guān)鍵的組件是threading.Thread，在這一節(jié)中我們來(lái)看一看它的具體實(shí)現(xiàn)。在threading.Thread的實(shí)現(xiàn)中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)我們前面提到的許多機(jī)制。
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