多线程实现多任务 | 手把手教你入门Python之九十九-阿里云开发者社区

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多线程实现多任务 | 手把手教你入门Python之九十九

简介: 什么叫“多任务”呢?简单地说,就是操作系统可以同时运行多个任务。多任务的实现有3种方式:多进程模式;多线程模式;多进程+多线程模式。

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本文来自于千锋教育在阿里云开发者社区学习中心上线课程《Python入门2020最新大课》,主讲人姜伟。

多线程实现多任务

在现实生活中,有很多的场景中的事情是同时进行的,比如跳舞和唱歌是同时进行的。

在程序中,可以使用代码来模拟唱歌和跳舞的功能:

from time import sleep

def sing():
    for i in range(3):
        print("正在唱歌...%d"%i)
        sleep(1)

def dance():
    for i in range(3):
        print("正在跳舞...%d"%i)
        sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    sing() #唱歌
    dance() #跳舞
  • 很显然刚刚的程序并没有完成唱歌和跳舞同时进行的要求
  • 如果想要实现“唱歌跳舞”同时进行,那么就需要一个新的方法,叫做:多任务

多任务概念

什么叫“多任务”呢?简单地说,就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方,你一边在用浏览器上网,一边在听MP3,一边在用Word赶作业,这就是多任务,至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着,只是桌面上没有显示而已。

现在,多核CPU已经非常普及了,但是,即使过去的单核CPU,也可以执行多任务。由于CPU执行代码都是顺序执行的,那么,单核CPU是怎么执行多任务的呢?

答案就是操作系统轮流让各个任务交替执行,任务1执行0.01秒,切换到任务2,任务2执行0.01秒,再切换到任务3,执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看,每个任务都是交替执行的,但是,由于CPU的执行速度实在是太快了,我们感觉就像所有任务都在同时执行一样。

真正的并行执行多任务只能在多核CPU上实现,但是,由于任务数量远远多于CPU的核心数量,所以,操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。

对于操作系统来说,一个任务就是一个进程(Process),比如打开一个浏览器就是启动一个浏览器进程,打开一个记事本就启动了一个记事本进程,打开两个记事本就启动了两个记事本进程,打开一个Word就启动了一个Word进程。

有些进程还不止同时干一件事,比如Word,它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部,要同时干多件事,就需要同时运行多个“子任务”,我们把进程内的这些“子任务”称为线程(Thread)。

由于每个进程至少要干一件事,所以,一个进程至少有一个线程。当然,像Word这种复杂的进程可以有多个线程,多个线程可以同时执行,多线程的执行方式和多进程是一样的,也是由操作系统在多个线程之间快速切换,让每个线程都短暂地交替运行,看起来就像同时执行一样。当然,真正地同时执行多线程需要多核CPU才可能实现。

我们前面编写的所有的Python程序,都是执行单任务的进程,也就是只有一个线程。如果我们要同时执行多个任务怎么办?

有两种解决方案:

  • 一种是启动多个进程,每个进程虽然只有一个线程,但多个进程可以一块执行多个任务。
  • 还有一种方法是启动一个进程,在一个进程内启动多个线程,这样,多个线程也可以一块执行多个任务。

当然还有第三种方法,就是启动多个进程,每个进程再启动多个线程,这样同时执行的任务就更多了,当然这种模型更复杂,实际很少采用。

总结一下就是,多任务的实现有3种方式:

  • 多进程模式;
  • 多线程模式;
  • 多进程+多线程模式。
import threading, time


def dance():
    for i in range(50):
        time.sleep(0.2)
        print('我正在跳舞')


def sing():
    for i in range(50):
        time.sleep(0.2)
        print('我正在唱歌')


# 多个任务同时执行
# Python里执行多任务: 多线程、多进程、多进程+多线程
# dance()
# singe()

# target 需要的是一个函数,用来指定线程需要执行的任务
t1 = threading.Thread(target=dance)  # 创建了线程1
t2 = threading.Thread(target=sing)  # 创建了线程2

# 启动线程
t1.start()
t2.start()

注意:

  • 并发:指的是任务数多余cpu核数,通过操作系统的各种任务调度算法,实现用多个任务“一起”执行(实际上总有一些任务不在执行,因为切换任务的速度相当快,看上去一起执行而已)
  • 并行:指的是任务数小于等于cpu核数,即任务真的是一起执行的。

配套视频

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