Python 多線程 · W3School Python 教程

# Python多線程多線程類似于同時執行多個不同程序，多線程運行有如下優點： * 使用線程可以把占據長時間的程序中的任務放到后臺去處理。 * 用戶界面可以更加吸引人，這樣比如用戶點擊了一個按鈕去觸發某些事件的處理，可以彈出一個進度條來顯示處理的進度 * 程序的運行速度可能加快 * 在一些等待的任務實現上如用戶輸入、文件讀寫和網絡收發數據等，線程就比較有用了。在這種情況下我們可以釋放一些珍貴的資源如內存占用等等。線程在執行過程中與進程還是有區別的。每個獨立的線程有一個程序運行的入口、順序執行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執行控制。每個線程都有他自己的一組CPU寄存器，稱為線程的上下文，該上下文反映了線程上次運行該線程的CPU寄存器的狀態。指令指針和堆棧指針寄存器是線程上下文中兩個最重要的寄存器，線程總是在進程得到上下文中運行的，這些地址都用于標志擁有線程的進程地址空間中的內存。 * 線程可以被搶占（中斷）。 * 在其他線程正在運行時，線程可以暫時擱置（也稱為睡眠） -- 這就是線程的退讓。 ## 開始學習Python線程 Python中使用線程有兩種方式：函數或者用類來包裝線程對象。函數式：調用thread模塊中的start_new_thread()函數來產生新線程。語法如下: ``` thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] ) ``` 參數說明: * function - 線程函數。 * args - 傳遞給線程函數的參數,他必須是個tuple類型。 * kwargs - 可選參數。實例： ``` #!/usr/bin/python import thread import time # 為線程定義一個函數 def print_time( threadName, delay): count = 0 while count < 5: time.sleep(delay) count += 1 print "%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ) # 創建兩個線程 try: thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) ) thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) ) except: print "Error: unable to start thread" while 1: pass ``` 執行以上程序輸出結果如下： ``` Thread-1: Thu Jan 22 15:42:17 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:19 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:21 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:23 2009 Thread-1: Thu Jan 22 15:42:25 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:27 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:31 2009 Thread-2: Thu Jan 22 15:42:35 2009 ``` 線程的結束一般依靠線程函數的自然結束；也可以在線程函數中調用thread.exit()，他拋出SystemExit exception，達到退出線程的目的。 ## 線程模塊 Python通過兩個標準庫thread和threading提供對線程的支持。thread提供了低級別的、原始的線程以及一個簡單的鎖。 thread 模塊提供的其他方法： * threading.currentThread(): 返回當前的線程變量。 * threading.enumerate(): 返回一個包含正在運行的線程的list。正在運行指線程啟動后、結束前，不包括啟動前和終止后的線程。 * threading.activeCount(): 返回正在運行的線程數量，與len(threading.enumerate())有相同的結果。除了使用方法外，線程模塊同樣提供了Thread類來處理線程，Thread類提供了以下方法: * **run():** 用以表示線程活動的方法。 * **start():**啟動線程活動。 * **join([time]):** 等待至線程中止。這阻塞調用線程直至線程的join() 方法被調用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時發生。 * **isAlive():** 返回線程是否活動的。 * **getName():** 返回線程名。 * **setName():** 設置線程名。 ## 使用Threading模塊創建線程使用Threading模塊創建線程，直接從threading.Thread繼承，然后重寫__init__方法和run方法： ``` #!/usr/bin/python import threading import time exitFlag = 0 class myThread (threading.Thread): #繼承父類threading.Thread def __init__(self, threadID, name, counter): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.counter = counter def run(self): #把要執行的代碼寫到run函數里面線程在創建后會直接運行run函數 print "Starting " + self.name print_time(self.name, self.counter, 5) print "Exiting " + self.name def print_time(threadName, delay, counter): while counter: if exitFlag: thread.exit() time.sleep(delay) print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 # 創建新線程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 開啟線程 thread1.start() thread2.start() print "Exiting Main Thread" ``` 以上程序執行結果如下； ``` Starting Thread-1 Starting Thread-2 Exiting Main Thread Thread-1: Thu Mar 21 09:10:03 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:04 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:05 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:06 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:10:07 2013 Exiting Thread-1 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:08 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:10 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:10:12 2013 Exiting Thread-2 ``` ## 線程同步如果多個線程共同對某個數據修改，則可能出現不可預料的結果，為了保證數據的正確性，需要對多個線程進行同步。使用Thread對象的Lock和Rlock可以實現簡單的線程同步，這兩個對象都有acquire方法和release方法，對于那些需要每次只允許一個線程操作的數據，可以將其操作放到acquire和release方法之間。如下：多線程的優勢在于可以同時運行多個任務（至少感覺起來是這樣）。但是當線程需要共享數據時，可能存在數據不同步的問題。考慮這樣一種情況：一個列表里所有元素都是0，線程"set"從后向前把所有元素改成1，而線程"print"負責從前往后讀取列表并打印。那么，可能線程"set"開始改的時候，線程"print"便來打印列表了，輸出就成了一半0一半1，這就是數據的不同步。為了避免這種情況，引入了鎖的概念。鎖有兩種狀態——鎖定和未鎖定。每當一個線程比如"set"要訪問共享數據時，必須先獲得鎖定；如果已經有別的線程比如"print"獲得鎖定了，那么就讓線程"set"暫停，也就是同步阻塞；等到線程"print"訪問完畢，釋放鎖以后，再讓線程"set"繼續。經過這樣的處理，打印列表時要么全部輸出0，要么全部輸出1，不會再出現一半0一半1的尷尬場面。實例： ``` #!/usr/bin/python import threading import time class myThread (threading.Thread): def __init__(self, threadID, name, counter): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.counter = counter def run(self): print "Starting " + self.name # 獲得鎖，成功獲得鎖定后返回True # 可選的timeout參數不填時將一直阻塞直到獲得鎖定 # 否則超時后將返回False threadLock.acquire() print_time(self.name, self.counter, 3) # 釋放鎖 threadLock.release() def print_time(threadName, delay, counter): while counter: time.sleep(delay) print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 threadLock = threading.Lock() threads = [] # 創建新線程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 開啟新線程 thread1.start() thread2.start() # 添加線程到線程列表 threads.append(thread1) threads.append(thread2) # 等待所有線程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread" ``` ## 線程優先級隊列（ Queue） Python的Queue模塊中提供了同步的、線程安全的隊列類，包括FIFO（先入先出)隊列Queue，LIFO（后入先出）隊列LifoQueue，和優先級隊列PriorityQueue。這些隊列都實現了鎖原語，能夠在多線程中直接使用。可以使用隊列來實現線程間的同步。 Queue模塊中的常用方法: * Queue.qsize() 返回隊列的大小 * Queue.empty() 如果隊列為空，返回True,反之False * Queue.full() 如果隊列滿了，返回True,反之False * Queue.full 與 maxsize 大小對應 * Queue.get([block[, timeout]])獲取隊列，timeout等待時間 * Queue.get_nowait() 相當Queue.get(False) * Queue.put(item) 寫入隊列，timeout等待時間 * Queue.put_nowait(item) 相當Queue.put(item, False) * Queue.task_done() 在完成一項工作之后，Queue.task_done()函數向任務已經完成的隊列發送一個信號 * Queue.join() 實際上意味著等到隊列為空，再執行別的操作實例: ``` #!/usr/bin/python import Queue import threading import time exitFlag = 0 class myThread (threading.Thread): def __init__(self, threadID, name, q): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.q = q def run(self): print "Starting " + self.name process_data(self.name, self.q) print "Exiting " + self.name def process_data(threadName, q): while not exitFlag: queueLock.acquire() if not workQueue.empty(): data = q.get() queueLock.release() print "%s processing %s" % (threadName, data) else: queueLock.release() time.sleep(1) threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"] nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"] queueLock = threading.Lock() workQueue = Queue.Queue(10) threads = [] threadID = 1 # 創建新線程 for tName in threadList: thread = myThread(threadID, tName, workQueue) thread.start() threads.append(thread) threadID += 1 # 填充隊列 queueLock.acquire() for word in nameList: workQueue.put(word) queueLock.release() # 等待隊列清空 while not workQueue.empty(): pass # 通知線程是時候退出 exitFlag = 1 # 等待所有線程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread" ``` 以上程序執行結果： ``` Starting Thread-1 Starting Thread-2 Starting Thread-3 Thread-1 processing One Thread-2 processing Two Thread-3 processing Three Thread-1 processing Four Thread-2 processing Five Exiting Thread-3 Exiting Thread-1 Exiting Thread-2 Exiting Main Thread ``` # python XML解析 ## 什么是XML？ XML 指可擴展標記語言（e**X**tensible **M**arkup **L**anguage）。你可以通過本站學習[XML教程](/xml/xml-tutorial.html "XML教程") XML 被設計用來傳輸和存儲數據。 XML是一套定義語義標記的規則，這些標記將文檔分成許多部件并對這些部件加以標識。它也是元標記語言，即定義了用于定義其他與特定領域有關的、語義的、結構化的標記語言的句法語言。 ## python對XML的解析常見的XML編程接口有DOM和SAX，這兩種接口處理XML文件的方式不同，當然使用場合也不同。 python有三種方法解析XML，SAX，DOM，以及ElementTree: ### 1.SAX (simple API for XML ) pyhton 標準庫包含SAX解析器，SAX用事件驅動模型，通過在解析XML的過程中觸發一個個的事件并調用用戶定義的回調函數來處理XML文件。 ### 2.DOM(Document Object Model) 將XML數據在內存中解析成一個樹，通過對樹的操作來操作XML。 ### 3.ElementTree(元素樹) ElementTree就像一個輕量級的DOM，具有方便友好的API。代碼可用性好，速度快，消耗內存少。 **注：**因DOM需要將XML數據映射到內存中的樹，一是比較慢，二是比較耗內存，而SAX流式讀取XML文件，比較快，占用內存少，但需要用戶實現回調函數（handler）。本章節使用到的XML實例文件movies.xml內容如下： ``` <collection shelf="New Arrivals"> <movie title="Enemy Behind"> <type>War, Thriller</type> <format>DVD</format> <year>2003</year> <rating>PG</rating> <stars>10</stars> <description>Talk about a US-Japan war</description> </movie> <movie title="Transformers"> <type>Anime, Science Fiction</type> <format>DVD</format> <year>1989</year> <rating>R</rating> <stars>8</stars> <description>A schientific fiction</description> </movie> <movie title="Trigun"> <type>Anime, Action</type> <format>DVD</format> <episodes>4</episodes> <rating>PG</rating> <stars>10</stars> <description>Vash the Stampede!</description> </movie> <movie title="Ishtar"> <type>Comedy</type> <format>VHS</format> <rating>PG</rating> <stars>2</stars> <description>Viewable boredom</description> </movie> </collection> ``` ## python使用SAX解析xml SAX是一種基于事件驅動的API。利用SAX解析XML文檔牽涉到兩個部分:解析器和事件處理器。解析器負責讀取XML文檔,并向事件處理器發送事件,如元素開始跟元素結束事件; 而事件處理器則負責對事件作出相應,對傳遞的XML數據進行處理。 <psax適于處理下面的問題：< p=""> * 1、對大型文件進行處理； * 2、只需要文件的部分內容，或者只需從文件中得到特定信息。 * 3、想建立自己的對象模型的時候。在python中使用sax方式處理xml要先引入xml.sax中的parse函數，還有xml.sax.handler中的ContentHandler。 ### ContentHandler類方法介紹 **characters(content)方法** 調用時機：從行開始，遇到標簽之前，存在字符，content的值為這些字符串。從一個標簽，遇到下一個標簽之前，存在字符，content的值為這些字符串。從一個標簽，遇到行結束符之前，存在字符，content的值為這些字符串。標簽可以是開始標簽，也可以是結束標簽。 **startDocument()方法** 文檔啟動的時候調用。 **endDocument()方法** 解析器到達文檔結尾時調用。 **startElement(name, attrs)方法** 遇到XML開始標簽時調用，name是標簽的名字，attrs是標簽的屬性值字典。 **endElement(name)方法** 遇到XML結束標簽時調用。 ## make_parser方法以下方法創建一個新的解析器對象并返回。 ``` xml.sax.make_parser( [parser_list] ) ``` 參數說明: * **parser_list** - 可選參數，解析器列表 ## parser方法以下方法創建一個 SAX 解析器并解析xml文檔： ``` xml.sax.parse( xmlfile, contenthandler[, errorhandler]) ``` 參數說明: * **xmlfile** - xml文件名 * **contenthandler** - 必須是一個ContentHandler的對象 * **errorhandler** - 如果指定該參數，errorhandler必須是一個SAX ErrorHandler對象 ## parseString方法 parseString方法創建一個XML解析器并解析xml字符串： ``` xml.sax.parseString(xmlstring, contenthandler[, errorhandler]) ``` 參數說明: * **xmlstring** - xml字符串 * **contenthandler** - 必須是一個ContentHandler的對象 * **errorhandler** - 如果指定該參數，errorhandler必須是一個SAX ErrorHandler對象 ## Python 解析XML實例 ``` #!/usr/bin/python import xml.sax class MovieHandler( xml.sax.ContentHandler ): def __init__(self): self.CurrentData = "" self.type = "" self.format = "" self.year = "" self.rating = "" self.stars = "" self.description = "" # 元素開始事件處理 def startElement(self, tag, attributes): self.CurrentData = tag if tag == "movie": print "*****Movie*****" title = attributes["title"] print "Title:", title # 元素結束事件處理 def endElement(self, tag): if self.CurrentData == "type": print "Type:", self.type elif self.CurrentData == "format": print "Format:", self.format elif self.CurrentData == "year": print "Year:", self.year elif self.CurrentData == "rating": print "Rating:", self.rating elif self.CurrentData == "stars": print "Stars:", self.stars elif self.CurrentData == "description": print "Description:", self.description self.CurrentData = "" # 內容事件處理 def characters(self, content): if self.CurrentData == "type": self.type = content elif self.CurrentData == "format": self.format = content elif self.CurrentData == "year": self.year = content elif self.CurrentData == "rating": self.rating = content elif self.CurrentData == "stars": self.stars = content elif self.CurrentData == "description": self.description = content if ( __name__ == "__main__"): # 創建一個 XMLReader parser = xml.sax.make_parser() # turn off namepsaces parser.setFeature(xml.sax.handler.feature_namespaces, 0) # 重寫 ContextHandler Handler = MovieHandler() parser.setContentHandler( Handler ) parser.parse("movies.xml") ``` 以上代碼執行結果如下： ``` *****Movie***** Title: Enemy Behind Type: War, Thriller Format: DVD Year: 2003 Rating: PG Stars: 10 Description: Talk about a US-Japan war *****Movie***** Title: Transformers Type: Anime, Science Fiction Format: DVD Year: 1989 Rating: R Stars: 8 Description: A schientific fiction *****Movie***** Title: Trigun Type: Anime, Action Format: DVD Rating: PG Stars: 10 Description: Vash the Stampede! *****Movie***** Title: Ishtar Type: Comedy Format: VHS Rating: PG Stars: 2 Description: Viewable boredom ``` 完整的 SAX API 文檔請查閱[Python SAX APIs](//docs.python.org/library/xml.sax.html) ## 使用xml.dom解析xml 文件對象模型（Document Object Model，簡稱DOM），是W3C組織推薦的處理可擴展置標語言的標準編程接口。一個 DOM 的解析器在解析一個 XML 文檔時，一次性讀取整個文檔，把文檔中所有元素保存在內存中的一個樹結構里，之后你可以利用DOM 提供的不同的函數來讀取或修改文檔的內容和結構，也可以把修改過的內容寫入xml文件。 python中用xml.dom.minidom來解析xml文件，實例如下： ``` #!/usr/bin/python from xml.dom.minidom import parse import xml.dom.minidom # 使用minidom解析器打開 XML 文檔 DOMTree = xml.dom.minidom.parse("movies.xml") collection = DOMTree.documentElement if collection.hasAttribute("shelf"): print "Root element : %s" % collection.getAttribute("shelf") # 在集合中獲取所有電影 movies = collection.getElementsByTagName("movie") # 打印每部電影的詳細信息 for movie in movies: print "*****Movie*****" if movie.hasAttribute("title"): print "Title: %s" % movie.getAttribute("title") type = movie.getElementsByTagName('type')[0] print "Type: %s" % type.childNodes[0].data format = movie.getElementsByTagName('format')[0] print "Format: %s" % format.childNodes[0].data rating = movie.getElementsByTagName('rating')[0] print "Rating: %s" % rating.childNodes[0].data description = movie.getElementsByTagName('description')[0] print "Description: %s" % description.childNodes[0].data ``` 以上程序執行結果如下： ``` Root element : New Arrivals *****Movie***** Title: Enemy Behind Type: War, Thriller Format: DVD Rating: PG Description: Talk about a US-Japan war *****Movie***** Title: Transformers Type: Anime, Science Fiction Format: DVD Rating: R Description: A schientific fiction *****Movie***** Title: Trigun Type: Anime, Action Format: DVD Rating: PG Description: Vash the Stampede! *****Movie***** Title: Ishtar Type: Comedy Format: VHS Rating: PG Description: Viewable boredom ``` 完整的 DOM API 文檔請查閱[Python DOM APIs](//docs.python.org/library/xml.dom.html)。 # python GUI編程(Tkinter) python提供了多個圖形開發界面的庫，幾個常用Python GUI庫如下： * **Tkinter：** Tkinter模塊("Tk 接口")是Python的標準Tk GUI工具包的接口.Tk和Tkinter可以在大多數的Unix平臺下使用,同樣可以應用在Windows和Macintosh系統里.,Tk8.0的后續版本可以實現本地窗口風格,并良好地運行在絕大多數平臺中。 * **wxPython：**wxPython 是一款開源軟件，是 Python 語言的一套優秀的 GUI 圖形庫，允許 Python 程序員很方便的創建完整的、功能鍵全的 GUI 用戶界面。 * **Jython：**Jython程序可以和Java無縫集成。除了一些標準模塊，Jython使用Java的模塊。Jython幾乎擁有標準的Python中不依賴于C語言的全部模塊。比如，Jython的用戶界面將使用Swing，AWT或者SWT。Jython可以被動態或靜態地編譯成Java字節碼。 ## Tkinter 編程 Tkinter 是Python的標準GUI庫。Python使用Tkinter可以快速的創建GUI應用程序。由于Tkinter是內置到python的安裝包中、只要安裝好Python之后就能import Tkinter庫、而且IDLE也是用Tkinter編寫而成、對于簡單的圖形界面Tkinter還是能應付自如。創建一個GUI程序 * 1、導入Tkinter模塊 * 2、創建控件 * 3、指定這個控件的master，即這個控件屬于哪一個 * 4、告訴GM(geometry manager)有一個控件產生了。實例: ``` #!/usr/bin/python import Tkinter top = Tkinter.Tk() # 進入消息循環 top.mainloop() ``` 以上代碼執行結果如下圖: ![tkwindow](https://box.kancloud.cn/2015-12-12_566c100386d23.jpg) ## Tkinter 組件 Tkinter的提供各種控件，如按鈕，標簽和文本框，一個GUI應用程序中使用。這些控件通常被稱為控件或者部件。目前有15種Tkinter的部件。我們提出這些部件以及一個簡短的介紹，在下面的表: | 控件 | 描述 | | --- | --- | | Button | 按鈕控件；在程序中顯示按鈕。 | | Canvas | 畫布控件；顯示圖形元素如線條或文本 | | Checkbutton | 多選框控件；用于在程序中提供多項選擇框 | | Entry | 輸入控件；用于顯示簡單的文本內容 | | Frame | 框架控件；在屏幕上顯示一個矩形區域，多用來作為容器 | | Label | 標簽控件；可以顯示文本和位圖 | | Listbox | 列表框控件；在Listbox窗口小部件是用來顯示一個字符串列表給用戶 | | Menubutton | 菜單按鈕控件，由于顯示菜單項。 | | Menu | 菜單控件；顯示菜單欄,下拉菜單和彈出菜單 | | Message | 消息控件；用來顯示多行文本，與label比較類似 | | Radiobutton | 單選按鈕控件；顯示一個單選的按鈕狀態 | | Scale | 范圍控件；顯示一個數值刻度，為輸出限定范圍的數字區間 | | Scrollbar | 滾動條控件，當內容超過可視化區域時使用，如列表框。. | | Text | 文本控件；用于顯示多行文本 | | Toplevel | 容器控件；用來提供一個單獨的對話框，和Frame比較類似 | | Spinbox | 輸入控件；與Entry類似，但是可以指定輸入范圍值 | | PanedWindow | PanedWindow是一個窗口布局管理的插件，可以包含一個或者多個子控件。 | | LabelFrame | labelframe 是一個簡單的容器控件。常用與復雜的窗口布局。 | | tkMessageBox | 用于顯示你應用程序的消息框。 | ## 標準屬性標準屬性也就是所有控件的共同屬性，如大小，字體和顏色等等。 | 屬性 | 描述 | | --- | --- | | Dimension | 控件大小； | | Color | 控件顏色； | | Font | 控件字體； | | Anchor | 錨點； | | Relief | 控件樣式； | | Bitmap | 位圖； | | Cursor | 光標； | ## 幾何管理 Tkinter控件有特定的幾何狀態管理方法，管理整個控件區域組織，一下是Tkinter公開的幾何管理類：包、網格、位置 | 幾何方法 | 描述 | | --- | --- | | pack() | 包裝； | | grid() | 網格； | | place() | 位置； |