线程队列事件以及协程

Posted 2022-01-01 hesujian

线程的几个队列

都是从queue这个模块中导入

1、Queue队列（先进先出的队列）

from queue import Queue

q = Queue(maxsize=3) # 实例化产生队列对象
    # maxsize 设置队列里能容纳的最大的数据个数
q.put("first")
q.put("second")
q.put("third")  # 如果队列满了，put会阻塞住，等到空了再放进去

print(q.get())  # first
print(q.get())  # second
print(q.get())  # third     如果队列空了，get会阻塞住，等到有值再取出来
# 从结果中可以看出，queue.Queue 实例化出来的对象是先进先出

Queue

2、LifoQueue队列（先进后出的队列，lifo 是 last in first out缩写）

from queue import LifoQueue

q = LifoQueue()

q.put("first")
q.put("second")
q.put("third")

print(q.get())  # third
print(q.get())  # second
print(q.get())  # first
# 从结果可以看出，queue.LifoQueue 实例化出来的对象是先进的后出

LifoQueue

3、PriorityQueue队列（存储数据时可以设置优先级的队列）

　　--1、如果只放一个元素，不用考虑元素能不能比较大小

　　--2、只要队列里元素超过两个，那么元素之间必须可以支持比较大小

from queue import PriorityQueue

q = PriorityQueue()

q.put(item="a":3) # 这里需要注意的是，如果放入队列是多个元素，那么元素之间必须支持比大小
q.put("A":2)

print(q.get())  # A
print(q.get())  # a     根据比较完的大小，小的先出


# 我们其实可以自定义一些类，然后给他添加比大小的方法，就可以比较大小了

PriorityQueue

事件Event

1、什么是事件

　　事件表示在某个事件发生了某个事情的通知信号，用于线程间的协同工作

　　因为不同线程之间是独立运行的状态不可预测，所以一个线程与另一个线程间的数据是不同步的，

　　当一个线程需要利用另一个线程的状态来确定自己的下一步操作时，就必须保持线程间数据的同步

2、Event介绍

　　event对象包含一个可由线程设置的信号标志，它允许线程等待某些事情发生后才执行

　　在初始的情况下，event对象中的信号标志被设置为假，

　　如果有一个线程等待一个event对象，而这个event对象的标志为假，那么将一直阻塞到标志变为真才接着执行

3、Event使用

可用方法

from threading import Event,Thread

e = Event()

e.set()     # 将event对象的标记设为True，所有被阻塞的线程就进入就绪态，等待操作系统调度
e.is_set()  # 返回event对象的标记状态
e.wait(timeout=2)    # 如果event对象的标记为False，那就阻塞，True就不阻塞
    # 里面可以设置超时时间，如果阻塞超过时间就会接着往下执行
e.clear()   # 把event对象的标记重新设为False

使用案例

# 需求是：两个任务并发执行，但是task2里的over必须要等到task1完毕才能执行
import time
from threading import Event,Thread

e = Event()

def task1():
    print("task1 run")
    time.sleep(3)
    print("task1 over")
    e.set() # task1 执行完毕，将事件对象设置为True，让task2里的阻塞变为就绪态，等待操作系统调度

def task2():
    print("task2 run")
    time.sleep(1)
    e.wait()    # 让他在这里等待，知道事件对象被设置为True
    print("task2 over")
Thread(target=task1).start()    # 这里简写，把创建对象和启动线程合并到一起
Thread(target=task2).start()

协程*****

协程的目的就是要在单线程中实现并发‘

为什么要在单线程内实现并发

　　1、这样我们可以自己来掌控cpu运行的调度，只要cpu一过来，基本上就能把它的时间片用光，提高程序的效率

　　2、当我们并发量比较高的时候，并且线程因为硬件原因已经不能再开启了，这是协程就是一个可以不占

　　　　多少资源，又能实现并发的方法

单线程并发特点

　　1、对于计算密集型任务而言，单线程并发并不能提高性能，反而会降低效率

　　2、对于IO操作而言，必须具备能够检测IO操作，并自动切换到其他任务，这样才能提高效率

实现单线程并发的方式

1、yield保存状态 + 手动切换（了解）

　　并发：多个任务看起来是同时运行，本质上是切换 + 保存状态

　　在生成器中，yield就可以保存当前函数的运行状态

　　所以我们可以简单通过yield来实现一个线程内的并发

　　yield实现的方法是不能检测IO操作的

def task1():
    print("task1 first")
    yield
    print("task1 second")
    yield

def task2():
    print("task2 first")
    task1().__next__()      # 找到task1中第一个yield会返回来接着往下执行
    print("task2 second")
    task1().__next__()      # 需要注意的是，next方法必须要找到生成器中的yield，否则报错

task2() # 最终实现单线程间的并发

2、greenlet封装切换（了解）

　　直接使用yield虽然能实现并发了，但是代码的结构太乱(到处都是yield和next)，

　　greenlet也是需要手动切换，并且不能检测IO操作

import greenlet

def task1():
    print("task1 first")
    g2.switch()
    print("task2 second")
    g2.switch()

def task2():
    print("task2 first")
    g1.switch()
    print("task2 second")

g1 = greenlet.greenlet(task1)
g2 = greenlet.greenlet(task2)

g1.switch() # 切换到g1去，执行完毕再接着往下执行，都是需要手动切换
print("main over")

3、gevent协程

　　--1、什么是协程

　　　　　gevent 就是协程

　　　　　协程也是轻量级线程，也可以称之为微现场

　　　　　它是应用程序级别的任务调度方式

　　　　　它可以实现任务之间的自动切换，但是无法检测IO，需要和猴子补丁(monkey模块)一起使用

　　--2、协程对比线程

　　　　协程是应用程序级别调度，线程是操作系统级别调度

　　　　应用程序级别的调度

　　　　　　我们在检测到IO操作时，可以立马切换到我的其他任务来执行，如果有足够多的任务执行

　　　　　　就可以把cpu的时间片充分利用起来

　　　　操作系统级别的调度

　　　　　　遇到IO，操作系统就会拿走cpu，下一次分给哪一个线程就要看操作系统内部算法，不是我们能决定的

　　　　所以明显可以看出对于一个进程而言，使用协程的效率要高于使用多线的效率

　　--3、如何提高效率（使用场景）

　　　　在Cpython中，由于GIL锁的存在，导致多线程并不能并行，丧失了多核优势

　　　　即使开启了多线程也只能并发，这时完全可以用协程来实现并发，提高程序的效率

　　　　优点：不会占用更多无用的资源

　　　　缺点：如果是计算密集型任务，使用协程反而降低效率

　　--4、配合猴子补丁的用法

import time

from gevent import monkey
# 先导入monkey的类
monkey.patch_all()  # 可以修改一些阻塞代码变成非阻塞代码(具体可以修改哪些可以点进去看)

import gevent   # 导入gevent

def task1():
    print("task1 first")
    time.sleep(1)
    print("task1 second")

def task2():
    print("task2 first")
    print("task2 second")

g1 = gevent.spawn(task1)    # 创建协程
g2 = gevent.spawn(task2)

gevent.joinall([g1,g2]) # 注意的是主线程需要等待这些任务完成，不然主线程已结束，任务都不会执行
print("main over") # 运行结果也可以看出这些任务之间都是并发执行的，并且遇到IO可以自动切换