Python 3 中的多線程

線程是獨立執行或由操作系統調度的程序或進程的最小單元。在計算機系統中，操作系統通過將進程劃分為線程來實現多任務處理。線程是一個輕量級的進程，它確保進程在系統上獨立執行。在 Python 3 中，當多個處理器在一個程序上運行時，每個處理器同時運行以分別執行其任務。

Python 多線程

多線程是 Python 編程中的一種線程技術，通過在 CPU 的幫助下在線程之間快速切換來並發運行多個線程(稱為上下文切換)。此外，它允許與進程內的主線程共享其數據空間，這比單獨的進程更容易與其他線程共享信息和通信。多線程旨在同時執行多個任務，這提高了性能、速度並改善了應用的呈現。

注意:Python 全局解釋器鎖(GIL)允許一次運行一個線程，即使機器有多個處理器。

Python 中多線程的好處

以下是用 Python 創建多線程應用的好處，如下所示:

1. 它保證了計算機系統資源的有效利用。
2. 多線程應用響應速度更快。
3. 它與子線程(子線程)共享資源及其狀態，這使得它更加經濟。
4. 由於相似性，它使多進程器體系結構更加有效。
5. 它通過同時執行多個線程來節省時間。
6. 系統不需要太多內存來存儲多個線程。

Python 中何時使用多線程？

這是一種非常有用的技術，可以節省時間並提高應用的性能。多線程允許程序員將應用任務劃分為子任務，並在程序中同時運行它們。它允許線程與同一個處理器通信並共享資源，如文件、數據和內存。此外，它提高了用戶繼續運行程序的響應能力，即使應用的一部分太長或被阻塞。

Python 中如何實現多線程？

Python 中用於處理線程的多線程主要有兩個模塊。

1. 線程模塊
2. 線程模塊

線程模塊

從 Python 3 開始，指定為過時，只能用支持向後兼容的 _thread 訪問。

語法:

thread.start_new_thread ( function_name, args[, kwargs] )

要在 Python 中實現線程模塊，我們需要導入一個線程模塊，然後通過用變數設置目標來定義一個執行某個動作的函數。

螺紋 py

import thread # import the thread module
import time # import time module

def cal_sqre(num): # define the cal_sqre function
    print(" Calculate the square root of the given number")
    for n in num: 
        time.sleep(0.3) # at each iteration it waits for 0.3 time
        print(' Square is : ', n * n)

def cal_cube(num): # define the cal_cube() function
    print(" Calculate the cube of  the given number")
    for n in num: 
        time.sleep(0.3) # at each iteration it waits for 0.3 time
        print(" Cube is : ", n * n *n)

arr = [4, 5, 6, 7, 2] # given array

t1 = time.time() # get total time to execute the functions
cal_sqre(arr) # call cal_sqre() function
cal_cube(arr) # call cal_cube() function

print(" Total time taken by threads is :", time.time() - t1) # print the total time

輸出:

Calculate the square root of the given number
 Square is:  16
 Square is:  25
 Square is:  36
 Square is:  49
 Square is:  4
 Calculate the cube of the given number
 Cube is:  64
 Cube is:  125
 Cube is:  216
 Cube is:  343
 Cube is:  8
 Total time taken by threads is: 3.005793809890747

線程模塊

線程模塊是多線程的高級實現，用於在 Python 中部署應用。要使用多線程，我們需要在 Python 程序中導入線程模塊。

螺紋分類方法

| 方法 | 描述 |
| start() | start()方法用於啟動線程的活動。它只為每個線程調用一次，這樣線程的執行就可以開始了。 |
| 運行() | run()方法用於定義線程的活動，並且可以被擴展線程類的類覆蓋。 |
| join() | join()方法用於阻止另一個代碼的執行，直到線程終止。 |

按照下面給出的步驟在 Python 多線程中實現線程模塊:

1。導入穿線模塊

通過導入穿線模塊創建新的穿線，如圖所示。

語法:

import threading

一個線程模塊由一個線程類組成，這個類被實例化來創建一個 Python 線程。

2。線程參數的聲明:它包含目標函數、參數和 kwargs 作為 Thread() 類中的參數。

• 目標:定義線程執行的函數名。
• 參數:定義傳遞給目標函數名的參數。

例如:

import threading
def print_hello(n):
print("Hello, how old are you ", n)
t1 = threading.Thread( target = print_hello, args =(18, ))

在上面的代碼中，我們調用了 print_hello() 函數作為目標參數。 print_hello() 包含一個參數 n ，傳遞給 args 參數。

3。啟動新線程:要在 Python 多線程中啟動線程，請調用線程類的對象。對於每個線程對象，可以調用 start()方法一次；否則，它會引發異常錯誤。

語法:

t1.start()
t2.start()

4。Join 方法:是線程類中使用的 join()方法，用於暫停主線程的執行，等待線程對象的完全執行。線程對象完成後，開始執行 Python 中的主線程。

連接方法. py

import threading
def print_hello(n):
    Print("Hello, how old are you? ", n)
T1 = threading.Thread( target = print_hello, args = (20, ))
T1.start()
T1.join()
Print("Thank you")

輸出:

Hello, how old are you? 20
Thank you

執行上述程序時，join()方法會暫停主線程的執行，並等待直到線程 t1 完全執行。一旦 t1 成功執行，主線程就開始執行。

注意:如果我們不使用 join()方法，解釋器可以在 Python 程序中執行任何 print 語句。一般來說，它執行第一個 print 語句，因為解釋器從程序開始就執行代碼行。

5。在 Python 中同步線程

這是一種線程同步機制，確保沒有兩個線程可以同時執行程序中的特定段來訪問共享資源。這種情況可以稱為臨界區。我們使用競爭條件來避免臨界區條件，在臨界區條件中，兩個線程不會同時訪問資源。

讓我們編寫一個程序來使用 Python 多線程中的線程模塊。

穿線. py

import time # import time module
import threading
from threading import *
def cal_sqre(num): # define a square calculating function
    print(" Calculate the square root of the given number")
    for n in num: # Use for loop 
        time.sleep(0.3) # at each iteration it waits for 0.3 time
        print(' Square is : ', n * n)

def cal_cube(num): # define a cube calculating function
    print(" Calculate the cube of  the given number")
    for n in num: # for loop
        time.sleep(0.3) # at each iteration it waits for 0.3 time
        print(" Cube is : ", n * n *n)

ar = [4, 5, 6, 7, 2] # given array

t = time.time() # get total time to execute the functions
#cal_cube(ar)
#cal_sqre(ar)
th1 = threading.Thread(target=cal_sqre, args=(ar, ))
th2 = threading.Thread(target=cal_cube, args=(ar, ))
th1.start()
th2.start()
th1.join()
th2.join()
print(" Total time taking by threads is :", time.time() - t) # print the total time
print(" Again executing the main thread")
print(" Thread 1 and Thread 2 have finished their execution.")

輸出:

Calculate the square root of the given number
 Calculate the cube of the given number
 Square is:  16
 Cube is:  64
 Square is:  25
 Cube is:  125
 Square is:  36
 Cube is:  216
 Square is:  49
 Cube is:  343
 Square is:  4
 Cube is:  8
 Total time taken by threads is: 1.5140972137451172
 Again executing the main thread
 Thread 1 and Thread 2 have finished their execution.