深入探究thread.join()方法

一、thread.join()方法的概念和理解

在多线程编程中，我们经常需要等待一个线程执行完毕再进行后续操作，这时就需要使用thread.join()方法。

thread.join()方法表示当前线程等待被调用的线程执行完成的方法。调用join()方法的线程（本文中称为主线程）将会被阻塞，直到被调用的线程（本文中称为子线程）执行完成，才会继续往下执行。简而言之，就是要等待子线程执行完毕，主线程才会结束。

下面是一个使用join()方法的简单示例：

import threading
import time

def worker():
  print("Worker thread starts")
  time.sleep(3)
  print("Worker thread ends")

t = threading.Thread(target=worker)
t.start()

t.join()
print("Main thread ends")

运行上述代码，会发现子线程输出了”Worker thread starts”和”Worker thread ends”，而主线程在等待子线程执行完毕后才输出”Main thread ends”。

二、thread.join()方法的原理

那么，join()方法是如何实现的呢？join()方法的实现离不开操作系统提供的同步机制，这也意味着join()方法的实现可能会有一些平台差异。

在Python的threading模块中，join()方法的实现原理是通过阻塞调用线程的方式，等待被调用线程执行完毕。具体实现方法是调用操作系统的线程join函数（如Windows的WaitForSingleObject、Linux的pthread_join()）来等待线程结束。

在等待期间，调用线程会进入blocked状态，直到被调用的线程结束后，操作系统通过状态变化唤醒调用线程。

注意，如果被调用的线程未能成功执行join()方法，那么调用线程就不会被唤醒，这会导致程序一直阻塞在该处。

三、thread.run()方法和线程启动顺序

在上面的示例中，我们使用Thread对象的start()方法来启动线程。这里需要注意的是，start()方法会调用线程的run()方法，而run()方法是线程的实际执行逻辑。

如果我们直接调用run()方法而不是调用start()方法启动线程，那么就只有一个线程在运行，而不是多线程执行。

在使用join()方法时，需要注意线程启动的顺序。如果先启动的线程不执行join()方法，那么调用线程就会一直阻塞在该处，无法执行后续操作。

下面是一个线程启动顺序不正确导致阻塞的示例：

import threading
import time

def worker():
  print("Worker thread starts")
  time.sleep(3)
  print("Worker thread ends")

t1 = threading.Thread(target=worker)
t2 = threading.Thread(target=worker)

# 线程启动顺序不正确，会导致主线程一直阻塞在t1.join()处
t1.start()
t2.start()

t1.join()
t2.join()
print("Main thread ends")

上述代码会导致主线程一直阻塞在t1.join()处，因为t2线程还没有执行完毕，无法唤醒调用线程。

四、thread类的方法有exit()

在多线程编程中，有时候需要在子线程执行结束后立即结束主线程，这时可以使用thread类的exit()方法。该方法可以立即终止所有的线程，不管它们是否已经执行完毕。

需要注意的是，exit()是一个不安全的方法，因为它可能会导致一些资源无法释放。在不得已的情况下，应该使用exit()方法来结束线程。

五、总结

本文从thread.join()方法的理解、原理、使用注意事项和相关方法出发，深入探究了线程同步机制的实现原理。在多线程编程中，线程同步和互斥是必须要掌握的技能，希望本文能够对读者有所帮助。