代码收藏家技术教程 2025-01-07

Python：线程

线程是操作系统和编程中非常重要的概念，是进程中的一个执行单元。它可以看作是轻量级的进程，多个线程可以共享同一进程的资源，如内存和文件句柄。以下是对线程的详细介绍：

1. 线程概念

线程是操作系统能够调度的最小单位，代表了程序执行的一个单独的序列。一个进程可以包含多个线程，所有线程共享进程的地址空间和资源，但每个线程有其独立的执行栈和程序计数器。

2. 线程的组成

线程通常由以下几个部分组成：

        线程 ID：唯一标识线程的标识符。
        程序计数器：指向线程当前执行指令的地址。
        寄存器：保存线程的当前状态信息。
        栈：每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量和函数调用信息。
        共享的进程资：线程之间共享进程的内存、打开的文件和其他资源。

3. 线程的状态

线程在其生命周期中会经历多种状态，主要包括：

        新建（New）：线程被创建，但尚未开始执行。
        就绪（Ready）：线程准备好运行，等待 CPU 分配。
        运行（Running）：线程正在执行。
        等待（Waiting 或 Blocked）：线程等待某个事件（如 I/O 操作完成）而无法继续执行。
        终止（Terminated）：线程执行结束，释放其占用的资源。

4. 线程管理

操作系统负责线程的创建、调度和管理。常见的操作包括：

        创建线程：通过不同编程语言和库提供的接口（例如，在 Python 中使用 `threading` 或 `concurrent.futures` 模块）。
        线程调度：操作系统根据调度策略分配 CPU 给各个线程。
        线程同步：由于多个线程共享资源，必须使用同步机制（如锁、信号量等）避免数据竞争和不一致。
        终止线程：在线程完成其任务后，释放所占用的资源。

5. 线程的优缺点

优点

        轻量级：创建和管理线程的开销比进程小，线程上下文切换速度更快。
        资源共享：同一进程中的线程可以共享内存和资源，数据交换更高效。
        良好的并发性：线程能够有效利用多核处理器进行并行处理。

缺点

        共享资源的风险：多个线程访问共享资源时，可能导致数据竞争和死锁等问题。
        难以调试：多线程程序的调试和错误排查比单线程复杂，因为线程间的交互难以预测。
        锁的开销：为保持数据一致性，使用锁等同步机制可能导致性能损失。

6. 进程与线程的比较

        资源占用：线程比进程占用更少的资源。
        调度：线程在同一进程内调度开销小，因为它们共享内存。
        独立性：进程之间相对独立，而线程则共享同一进程的地址空间。

7. Python 中的线程管理

在 Python 中，可以使用 `threading` 模块来创建和管理线程：

# 导入时间模块
import time
# 导入threading多进程模块
import threading


# 听音乐方法
def listen_to_Music(num, content):
    for i in range(num):
        print(content)
        time.sleep(0.5)


# 敲代码方法
def typ_the_code(num, content):
    for i in range(num):
        print(content)


# 定义程序入口
if __name__ == '__main__':
    # 创建进程对象music_process，使用关键字args以元组的方式传递,daemon=True表示守护主线程
    music_threading = threading.Thread(target=listen_to_Music, args=(3, '听音乐'), daemon=True)
    # 守护主线程
    # music_threading.daemon = True

    # 创建进程对象code_process，使用关键字args以元组的方式传递，daemon=True表示守护主线程
    code_threading = threading.Thread(target=typ_the_code, kwargs={'num': 5, 'content': '敲代码'}, daemon=True)
    # 守护主线程
    # code_threading.daemon = True

    # 启动进程调用方法
    music_threading.start()
    code_threading.start()
    # 延迟10秒
    time.sleep(1)
    # 主进线程程结束
    print('结束主线程')