Python之并发编程多线程理论

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Python之并发编程多线程理论。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、什么是线程

在传统操作系统中,每个进程有一个地址空间,而且默认就有一个控制线程

线程顾名思义,就是一条流水线工作的过程,一条流水线必须属于一个车间,一个车间的工作过程是一个进程

车间负责把资源整合到一起,是一个资源单位,而一个车间内至少有一个流水线

流水线的工作需要电源,电源就相当于cpu

所以,进程只是用来把资源集中到一起(进程只是一个资源单位,或者说资源集合),而线程才是cpu上的执行单位。

多线程(即多个控制线程)的概念是,在一个进程中存在多个控制线程,多个控制线程共享该进程的地址空间,相当于一个车间内有多条流水线,都共用一个车间的资源。

例如,北京地铁与上海地铁是不同的进程,而北京地铁里的13号线是一个线程,北京地铁所有的线路共享北京地铁所有的资源,比如所有的乘客可以被所有线路拉。

二、线程的创建开销

创建进程的开销要远大于线程?

如果我们的软件是一个工厂,该工厂有多条流水线,流水线工作需要电源,电源只有一个即cpu(单核cpu)

一个车间就是一个进程,一个车间至少一条流水线(一个进程至少一个线程)

创建一个进程,就是创建一个车间(申请空间,在该空间内建至少一条流水线)

而建线程,就只是在一个车间内造一条流水线,无需申请空间,所以创建开销小

进程之间是竞争关系,线程之间是协作关系?

车间直接是竞争/抢电源的关系,竞争(不同的进程直接是竞争关系,是不同的程序员写的程序运行的,迅雷抢占其他进程的网速,360把其他进程当做病毒干死) 一个车间的不同流水线式协同工作的关系(同一个进程的线程之间是合作关系,是同一个程序写的程序内开启动,迅雷内的线程是合作关系,不会自己干自己)

三、线程与进程的区别

线程共享创建它的进程的地址空间; 进程具有自己的地址空间。

线程可以直接访问其进程的数据段; 进程具有其父进程数据段的副本。

线程可以直接与其进程中的其他线程通信; 进程必须使用进程间通信与同级进程进行通信。

新线程很容易创建; 新进程需要复制父进程。

线程可以对同一进程的线程行使相当大的控制权。 进程只能控制子进程。

对主线程的更改(取消,优先级更改等)可能会影响该进程其他线程的行为; 对父进程的更改不会影响子进程。

四、为何要用多线程

多线程指的是,在一个进程中开启多个线程,简单的讲:如果多个任务共用一块地址空间,那么必须在一个进程内开启多个线程。详细的讲分为4点:

多线程共享一个进程的地址空间

线程比进程更轻量级,线程比进程更容易创建可撤销,在许多操作系统中,创建一个线程比创建一个进程要快10-100倍,在有大量线程需要动态和快速修改时,这一特性很有用

若多个线程都是cpu密集型的,那么并不能获得性能上的增强,但是如果存在大量的计算和大量的I/O处理,拥有多个线程允许这些活动彼此重叠运行,从而会加快程序执行的速度。

在多cpu系统中,为了最大限度的利用多核,可以开启多个线程,比开进程开销要小的多。(这一条并不适用于Python)

五、多线程的应用举例

Python之并发编程多线程理论

开启一个文字处理软件进程,该进程肯定需要办不止一件事情,比如监听键盘输入,处理文字,定时自动将文字保存到硬盘,这三个任务操作的都是同一块数据,因而不能用多进程。只能在一个进程里并发地开启三个线程,如果是单线程,那就只能是,键盘输入时,不能处理文字和自动保存,自动保存时又不能输入和处理文字。

六、经典的线程模型(了解)

多个线程共享同一个进程的地址空间中的资源,是对一台计算机上多个进程的模拟,有时也称线程为轻量级的进程

而对一台计算机上多个进程,则共享物理内存、磁盘、打印机等其他物理资源。

多线程的运行也多进程的运行类似,是cpu在多个线程之间的快速切换。

Python之并发编程多线程理论

 

不同的进程之间是充满敌意的,彼此是抢占、竞争cpu的关系,如果迅雷会和QQ抢资源。而同一个进程是由一个程序员的程序创建,所以同一进程内的线程是合作关系,一个线程可以访问另外一个线程的内存地址,大家都是共享的。

类似于进程,每个线程也有自己的堆栈

不同于进程,线程库无法利用时钟中断强制线程让出CPU,可以调用thread_yield运行线程自动放弃cpu,让另外一个线程运行。

线程通常是有益的,但是带来了不小程序设计难度,线程的问题是:

父进程有多个线程,那么开启的子线程是否需要同样多的线程

如果是,那么附近中某个线程被阻塞,那么copy到子进程后,copy版的线程也要被阻塞吗,想一想nginx的多线程模式接收用户连接。

在同一个进程中,如果一个线程关闭了问题,而另外一个线程正准备往该文件内写内容呢?

如果一个线程注意到没有内存了,并开始分配更多的内存,在工作一半时,发生线程切换,新的线程也发现内存不够用了,又开始分配更多的内存,这样内存就被分配了多次,这些问题都是多线程编程的典型问题,需要仔细思考和设计。

七、POSIX线程(了解)

为了实现可移植的线程程序,IEEE在IEEE标准1003.1c中定义了线程标准,它定义的线程包叫Pthread。大部分UNIX系统都支持该标准,简单介绍如下:

线程调用

描述

Pthread_create

创建一个新线程

Pthread_exit

结束调用的线程

Pthread_join

等待一个特定的线程退出

Pthread_yield

释放CPU来运行另外一个线程

Pthread_attr_init

创建并初始化一个线程的属性结构

Pthread_attr_destroy

删除一个线程的属性结构文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-465881.html

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