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Python-多线程编程

news 2025/7/18 6:28:13

🔍 引言

在现代软件开发中，多线程编程是提高程序效率的重要手段之一。Python 提供了强大的 threading 模块来支持并发执行多个任务。无论是处理复杂的计算任务还是需要同时监听多个网络连接的应用程序，多线程都可以帮助你更高效地利用系统资源。本文将详细介绍如何使用 Python 的 threading 模块进行多线程编程，并通过实际例子展示其应用场景。

🧱 什么是多线程？

线程 vs 进程

进程：操作系统分配资源的基本单位，拥有独立的内存空间。
线程：进程中执行的一个实体，共享同一进程的资源（如内存、文件句柄等）。

Python 中的多线程

Python 的 threading 模块允许你在同一个进程中创建多个线程，实现并行处理。虽然由于 GIL（全局解释器锁）的存在，Python 的多线程在 CPU 密集型任务上并不能真正实现并行，但对于 IO 密集型任务（如网络请求、文件读写），多线程仍然能够显著提升性能。

🛠️ `threading` 模块基础

创建和启动线程

import threadingdef worker():print("Thread is running")# 创建线程
t = threading.Thread(target=worker)# 启动线程
t.start()# 等待线程完成
t.join()

使用 `daemon` 线程

守护线程（Daemon Thread）是一种特殊的线程，当主线程结束时，它会自动退出，不会阻塞主线程的终止。

t = threading.Thread(target=worker, daemon=True)
t.start()

📊 线程同步

在多线程环境中，多个线程可能会同时访问和修改共享资源，导致数据不一致的问题。为了解决这个问题，我们需要使用线程同步机制。

使用 `Lock` 锁

import threadinglock = threading.Lock()def increment_counter(counter):with lock:counter += 1

使用 `Event` 同步事件

event = threading.Event()def wait_for_event():print("Waiting for event...")event.wait()  # 阻塞直到事件被设置print("Event received!")# 设置事件
event.set()

🧪 实战案例

示例 1：简单的多线程下载器

假设我们要从多个 URL 下载图片并保存到本地：

import threading
import requestsdef download_image(url, filename):response = requests.get(url)with open(filename, 'wb') as f:f.write(response.content)print(f"Downloaded {filename}")urls = [("https://example.com/image1.jpg", "image1.jpg"),("https://example.com/image2.jpg", "image2.jpg")
]threads = []
for url, filename in urls:t = threading.Thread(target=download_image, args=(url, filename))threads.append(t)t.start()for t in threads:t.join()

示例 2：使用 `ThreadPoolExecutor` 进行任务调度

concurrent.futures 模块提供了更高层次的接口来进行多线程编程：

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
import requestsdef download_image(url, filename):response = requests.get(url)with open(filename, 'wb') as f:f.write(response.content)print(f"Downloaded {filename}")urls = [("https://example.com/image1.jpg", "image1.jpg"),("https://example.com/image2.jpg", "image2.jpg")
]with ThreadPoolExecutor(max_workers=5) as executor:futures = [executor.submit(download_image, url, filename) for url, filename in urls]for future in futures:future.result()