如何在Python中使用线程进行编程

在软件开发中，线程是执行流的一种。一个进程可以有多个线程同时执行，每个线程独立执行，并且有自己的栈和寄存器等。线程是可以并发执行的，每个线程都是独立的，因此可以提高程序的运行效率。在Python中，线程模块是一个重要的组成部分，它为我们提供了多个线程的支持。本文将讨论如何使用Python来实现线程。

Python的线程特性

在Python中，有两个模块可以用于线程编程，分别为_thread（低层次模块）和threading（高层次模块）。

_thread模块提供了多线程编程的基本支持，是一个低层次模块。使用该模块，可以创建，启动和终止线程。这个模块中的方法在Python 3中已经更名为_thread。使用该模块来进行多线程编程，需要创建线程函数并且调用start_new_thread方法。

而threading模块对_thread模块进行了封装，提供了一个更加高级的多线程编程接口。最大的不同是，可以创建Thread对象并控制线程的状态。

使用_thread模块实现线程

在Python 3以前的版本，我们需要使用_thread模块。在Python中，每个线程都是独立的，并且有自己独立的线程栈。我们可以通过以下代码来实现多线程：

import _thread
import time
import threading

#使用_thread模块实现线程
def thread_function(thread_name,delay):
    count=0
    while(count<5):
        time.sleep(delay)
        count+=1
        print(thread_name+'执行,已执行'+str(count)+'次')

#开启三个线程
try:
    _thread.start_new_thread(thread_function,('线程1',1))
    _thread.start_new_thread(thread_function,('线程2',2))
    _thread.start_new_thread(thread_function,('线程3',3))
except Exception as e:
    print(e)

#等待所有线程执行结束
while True:
    pass

在以上代码中：

_thread.start_new_thread() 方法用于开启新线程，并执行指定的函数；
threading.Thread() 类用于创建线程对象；
time.sleep() 方法用于让线程暂停一段时间；

当执行该代码时，会启动3个线程并并行执行。每个线程都会执行thread_function函数，并在指定的时间间隔内打印一行带有线程名称和执行次数的语句。

需要注意的是，如果我们在try中调用_thread.start_new_thread方法时发生了异常，我们会在except代码块中捕获该异常。否则，我们将陷入死循环，因为没有办法终止线程，直到它们完成。

利用`threading`模块实现线程

threading模块比_thread模块提供了更加高级的线程编程接口。threading模块提供了Thread类，可以使用该类来创建线程对象并控制线程状态。下面是使用threading模块实现线程的代码：

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, delay):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.delay = delay
        self.count = 0

    def run(self):
        print ("开始线程：" + self.name)
        while self.count < 5:
            time.sleep(self.delay)
            self.count += 1
            print ("%s执行,已执行%s次" % (self.name, str(self.count)))
        print ("结束线程：" + self.name)

# 创建线程
thread1 = MyThread(1, "线程1", 1)
thread2 = MyThread(2, "线程2", 2)
thread3 = MyThread(3, "线程3", 3)

# 开启线程
thread1.start()
thread2.start()
thread3.start()

# 等待线程结束
thread1.join()
thread2.join()
thread3.join()

print ("退出主线程")

在以上代码中，我们定义了MyThread类，该类继承了threading.Thread类。在类中，我们定义了构造函数和run方法。构造函数用于初始化线程对象，并为线程指定ID、名称和延迟时间。run方法是线程要执行的代码。

其中，我们使用了time.sleep()方法来让线程在指定的时间内暂停，并通过计数器来控制线程的循环次数。当计数器达到5时，线程就会结束。

在主线程中，我们创建了3个线程对象，并通过调用start()方法来开启线程。为了等待线程结束，我们使用了join()方法。最后，我们在主线程中输出了一条消息。

线程锁

在线程编程中，由于多个线程同时访问共享资源，我们经常需要使用线程锁来保证线程安全。Python提供了_thread和threading两个模块的锁。下面是一个使用threading模块的锁实例：

import threading

# 共享资源
num = 0

# 创建锁
lock = threading.Lock()

def add_number():
    global num
    # 获取锁
    lock.acquire()
    try:
        # 修改共享资源
        num += 1
    finally:
        # 释放锁
        lock.release()

class MyThread(threading.Thread):
    def run(self):
        for i in range(100000):
            add_number()

# 创建线程
thread1 = MyThread()
thread2 = MyThread()

# 开启线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待线程结束
thread1.join()
thread2.join()

# 输出结果
print(num)

在以上代码中，我们创建了一个全局变量num，它将被多个线程访问。我们使用了threading.Lock()类来创建一个锁对象。

在add_number()函数中，我们获得了锁对象，并修改了共享资源num的值。最后，我们释放了锁。

在MyThread类中，我们重写了run()方法，该方法循环调用add_number()函数，并对num变量进行累加操作。

在主线程中，我们创建了两个线程对象，并启动了这两个线程。最后，我们输出了num的值。