Python多线程：让程序 “多线作战” 的秘密武器

Python多线程：让程序 “多线作战” 的秘密武器

一、什么是多线程？

在日常生活中，我们可以一边听音乐一边浏览新闻，这就是 “多任务处理”。在Python编程里，多线程同样允许程序同时执行多个任务，从而提升程序的执行效率和响应速度 。不过，Python中的多线程由于全局解释器锁（GIL）的存在，在CPU密集型任务中表现受限，但在I/O密集型任务（如网络请求、文件读写）中却能大放异彩。

二、Python多线程核心函数及案例

1. threading.Thread()

功能：用于创建线程对象，是多线程编程的基础。通过传入target参数指定线程要执行的函数，args参数传递函数所需的参数。

案例：同时打印两条不同的消息，模拟多任务执行。

import threading
import timedef print_message(message):for _ in range(3):print(message)time.sleep(1)thread1 = threading.Thread(target=print_message, args=("线程1正在工作",))
thread2 = threading.Thread(target=print_message, args=("线程2正在工作",))thread1.start()
thread2.start()thread1.join()
thread2.join()
print('主程序执行结束')#程序执行后打印如下：
线程1正在工作
线程2正在工作
线程1正在工作
线程2正在工作
线程1正在工作
线程2正在工作
主程序执行结束#多次执行后可能如下：
线程1正在工作
线程2正在工作
线程1正在工作线程2正在工作线程1正在工作
线程2正在工作
主程序执行结束

解析：定义print_message函数用于打印消息，创建thread1和thread2两个线程对象，分别传入不同的消息作为参数。调用start()方法启动子线程，线程开始并行执行对应的函数；join()方法会阻塞主线程(主程序执行时就算一个主线程)，等待子线程执行完毕。

以上结果因为添加了join函数，主程序最后的print打印消息是在最后才执行，但是子线程打印消息还是出现了跟预期不一致的地方。如果注释掉上面的join方法，多次执行结果可能如下：会发现主程序的print日志混在了子线程print日志中间，原因是因为主线程和子线程同时操作print函数导致的。

#结果1
线程1正在工作
线程2正在工作
主程序执行结束
线程1正在工作线程2正在工作线程2正在工作
线程1正在工作#结果2
线程1正在工作
线程2正在工作
主程序执行结束
线程1正在工作
线程2正在工作
线程1正在工作线程2正在工作

2. threading.Lock()

功能：创建锁对象，用于解决多线程中共享资源的竞争问题，避免数据不一致。当一个线程获取锁后，其他线程必须等待，直到该线程释放锁。

案例：接着上面的案例，我们通过对print打印加锁，保证同一时间只有一个线程操作print打印。

通过threading.Lock()定义锁对象，通过lock.acquire()加锁，lock.release()释放锁。

import threading
import timelock = threading.Lock()
def print_message(message):for _ in range(3):lock.acquire()print(message)lock.release()time.sleep(1)thread1 = threading.Thread(target=print_message, args=("线程1正在工作",))
thread2 = threading.Thread(target=print_message, args=("线程2正在工作",))thread1.start()
thread2.start()thread1.join()
thread2.join()
print('主程序执行结束')#程序执行后，结果如下：不会出现打印错乱的情况
线程1正在工作
线程2正在工作
线程1正在工作
线程2正在工作
线程1正在工作
线程2正在工作
主程序执行结束

3. threading.Timer()

功能：创建一个定时器线程，在指定的延迟时间后执行函数。

案例：延迟3秒后打印提示信息。

import threadingdef delayed_function(name):print(f"3秒已到，{name}开始执行任务！")
#定时三秒
timer = threading.Timer(3, delayed_function,args=('线程1',))timer.start()

解析：threading.Timer(3, delayed_function)表示创建一个延迟 3 秒后执行delayed_function的定时器线程，调用start()启动定时器。

4. threading.current_thread()

功能：返回当前正在执行的线程对象。

案例：在函数中查看当前执行的线程。

import threading
def check_thread():current = threading.current_thread()print(f"当前执行的线程是: {current.name}")
#子线程执行
thread = threading.Thread(target=check_thread)
thread.start()
#主程序执行
check_thread()#结果：
当前执行的线程是: Thread-1 (check_thread)
当前执行的线程是: MainThread

解析：check_thread函数中使用threading.current_thread()获取当前线程对象，并打印线程名称，既在子线程中调用，也在主线程中调用，对比输出结果。

5. threading.active_count()

功能：返回当前活动的线程数量（包括主线程）。

案例：统计程序中活动线程数。

import threading
import timedef thread_task():time.sleep(2)threads = []
for _ in range(3):t = threading.Thread(target=thread_task)threads.append(t)t.start()
print(f"启动子线程后，活动线程数: {threading.active_count()}")for t in threads:t.join()print(f"子线程执行完毕后，活动线程数: {threading.active_count()}")#执行结果
启动子线程后，活动线程数: 4
子线程执行完毕后，活动线程数: 1

解析：创建3个子线程并启动，使用threading.active_count()分别在启动子线程后和子线程执行完毕后统计活动线程数量，子线程结束后主线程还在，所以最后还统计到1个。

6.threading.local()

功能：threading.local用于创建线程局部变量，每个线程都有自己独立的变量副本，线程之间的变量互不干扰。

案例：模拟多线程处理用户请求，每个线程记录自己处理的请求编号。

import threading
# 创建threading.local对象
local_data = threading.local()def process_request(request_id):# 为每个线程设置独立的请求编号local_data.request_id = request_idprint(f"线程 {threading.current_thread().name} 正在处理请求 {local_data.request_id}")# 在同一线程的其他函数中使用该变量additional_processing()def additional_processing():print(f"线程 {threading.current_thread().name} 继续处理请求 {local_data.request_id}")threads = []
for i in range(3):t = threading.Thread(target=process_request, args=(i,))threads.append(t)t.start()
for t in threads:t.join()
#结果：
线程 Thread-1 (process_request) 正在处理请求 0
线程 Thread-1 (process_request) 继续处理请求 0
线程 Thread-2 (process_request) 正在处理请求 1
线程 Thread-2 (process_request) 继续处理请求 1
线程 Thread-3 (process_request) 正在处理请求 2
线程 Thread-3 (process_request) 继续处理请求 2

解析：首先创建threading.local对象local_data。在process_request函数中，为每个线程设置独立的request_id属性，不同线程的local_data.request_id相互独立。additional_processing函数可以在同一线程内访问该属性，体现了线程局部变量在同一线程内共享、不同线程间隔离的特性。

三、实用案例详解

1. 多线程处理网络请求

场景：需要从多个网站获取数据，如果顺序执行，会浪费大量等待响应的时间。使用多线程可以同时发起多个请求，提高效率。

import requests
import threading
def fetch_data(url):try:response = requests.get(url)print(f"从 {url} 获取数据成功，状态码: {response.status_code}")except requests.RequestException as e:print(f"从 {url} 获取数据失败: {e}")urls = ["https://www.example1.com","https://www.example2.com","https://www.example3.com"
]threads = []
for url in urls:t = threading.Thread(target=fetch_data, args=(url,))threads.append(t)t.start()
for t in threads:t.join()

解析：定义fetch_data函数用于发送网络请求并处理响应，将多个 URL 放入列表，为每个 URL 创建一个线程发起请求，实现多任务并行处理网络请求。

2. 多线程实现文件读写

场景：同时读取多个文件并进行处理，或者同时向多个文件写入数据。

import threading
def read_file(file_path):try:with open(file_path, 'r') as file:content = file.read()print(f"读取 {file_path} 内容: {content}")except FileNotFoundError:print(f"{file_path} 不存在")file_paths = ["file1.txt", "file2.txt", "file3.txt"]threads = []for path in file_paths:t = threading.Thread(target=read_file, args=(path,))threads.append(t)t.start()for t in threads:t.join()

解析：read_file函数负责读取文件内容，通过多线程为每个文件路径创建线程，同时读取多个文件，提升文件处理效率。

4、总结

Python多线程是提升程序效率的有力工具，尤其在I/O密集型任务中优势显著。通过掌握threading模块的核心函数，灵活运用多线程技术，让程序实现 “多线作战”。但也要牢记多线程的局限性，不是线程越多越好，同时避免死锁，线程安全问题，最后选择合适的并发方案，才能发挥出 Python的最大潜力！