Python 3 - Programação Multithread

Executar vários threads é semelhante a executar vários programas diferentes simultaneamente, mas com os seguintes benefícios -

  • Vários threads dentro de um processo compartilham o mesmo espaço de dados com o thread principal e podem, portanto, compartilhar informações ou se comunicar uns com os outros mais facilmente do que se fossem processos separados.

  • Threads às vezes são chamados de processos leves e não requerem muita sobrecarga de memória; eles são mais baratos do que processos.

Um thread tem um início, uma sequência de execução e uma conclusão. Ele tem um ponteiro de instrução que mantém o controle de onde dentro do contexto ele está sendo executado.

  • Pode ser antecipado (interrompido).

  • Ele pode ser temporariamente colocado em espera (também conhecido como hibernação) enquanto outros threads estão em execução - isso é chamado de rendição.

Existem dois tipos diferentes de tópicos -

  • fio do kernel
  • discussão do usuário

Os threads do kernel fazem parte do sistema operacional, enquanto os threads do espaço do usuário não são implementados no kernel.

Existem dois módulos que suportam o uso de threads em Python3 -

  • _thread
  • threading

O módulo thread está "obsoleto" há um bom tempo. Os usuários são encorajados a usar o módulo de threading. Portanto, no Python 3, o módulo "thread" não está mais disponível. No entanto, ele foi renomeado para "_thread" para compatibilidade com versões anteriores no Python3.

Iniciando um Novo Tópico

Para gerar outro thread, você precisa chamar o seguinte método disponível no módulo thread -

_thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )

Essa chamada de método permite uma maneira rápida e eficiente de criar novos threads no Linux e no Windows.

A chamada do método retorna imediatamente e o thread filho inicia e chama a função com a lista de argumentos passada . Quando a função retorna, o thread termina.

Aqui, args é uma tupla de argumentos; use uma tupla vazia para chamar a função sem passar nenhum argumento. kwargs é um dicionário opcional de argumentos de palavras-chave.

Exemplo

#!/usr/bin/python3

import _thread
import time

# Define a function for the thread
def print_time( threadName, delay):
   count = 0
   while count < 5:
      time.sleep(delay)
      count += 1
      print ("%s: %s" % ( threadName, time.ctime(time.time()) ))

# Create two threads as follows
try:
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 2, ) )
   _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 4, ) )
except:
   print ("Error: unable to start thread")

while 1:
   pass

Resultado

Quando o código acima é executado, ele produz o seguinte resultado -

Thread-1: Fri Feb 19 09:41:39 2016
Thread-2: Fri Feb 19 09:41:41 2016
Thread-1: Fri Feb 19 09:41:41 2016
Thread-1: Fri Feb 19 09:41:43 2016
Thread-2: Fri Feb 19 09:41:45 2016
Thread-1: Fri Feb 19 09:41:45 2016
Thread-1: Fri Feb 19 09:41:47 2016
Thread-2: Fri Feb 19 09:41:49 2016
Thread-2: Fri Feb 19 09:41:53 2016

O programa segue em um loop infinito. Você terá que pressionar ctrl-c para parar

Embora seja muito eficaz para threading de baixo nível, o módulo de thread é muito limitado em comparação com o módulo de threading mais recente.

O Módulo de Threading

O módulo de threading mais recente incluído no Python 2.4 oferece suporte de alto nível muito mais poderoso para threads do que o módulo de thread discutido na seção anterior.

O módulo de threading expõe todos os métodos do módulo de thread e fornece alguns métodos adicionais -

  • threading.activeCount() - Retorna o número de objetos de thread que estão ativos.

  • threading.currentThread() - Retorna o número de objetos de thread no controle de thread do chamador.

  • threading.enumerate() - Retorna uma lista de todos os objetos de thread que estão atualmente ativos.

Além dos métodos, o módulo de threading possui a classe Thread que implementa o threading. Os métodos fornecidos pela classe Thread são os seguintes -

  • run() - O método run () é o ponto de entrada para um thread.

  • start() - O método start () inicia um thread chamando o método run.

  • join([time]) - O join () aguarda o término dos threads.

  • isAlive() - O método isAlive () verifica se uma thread ainda está em execução.

  • getName() - O método getName () retorna o nome de um thread.

  • setName() - O método setName () define o nome de um thread.

Criação de rosca usando módulo de rosqueamento

Para implementar um novo thread usando o módulo de threading, você deve fazer o seguinte -

  • Defina uma nova subclasse da classe Thread .

  • Substitua o método __init __ (self [, args]) para adicionar argumentos adicionais.

  • Em seguida, substitua o método run (self [, args]) para implementar o que o thread deve fazer quando iniciado.

Depois de criar a nova subclasse Thread , você pode criar uma instância dela e então iniciar uma nova thread invocando start () , que por sua vez chama o método run () .

Exemplo

#!/usr/bin/python3

import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
   def __init__(self, threadID, name, counter):
      threading.Thread.__init__(self)
      self.threadID = threadID
      self.name = name
      self.counter = counter
   def run(self):
      print ("Starting " + self.name)
      print_time(self.name, self.counter, 5)
      print ("Exiting " + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):
   while counter:
      if exitFlag:
         threadName.exit()
      time.sleep(delay)
      print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
      counter -= 1

# Create new threads
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# Start new Threads
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print ("Exiting Main Thread")

Resultado

Quando executamos o programa acima, ele produz o seguinte resultado -

Starting Thread-1
Starting Thread-2
Thread-1: Fri Feb 19 10:00:21 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:00:22 2016
Thread-1: Fri Feb 19 10:00:22 2016
Thread-1: Fri Feb 19 10:00:23 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:00:24 2016
Thread-1: Fri Feb 19 10:00:24 2016
Thread-1: Fri Feb 19 10:00:25 2016
Exiting Thread-1
Thread-2: Fri Feb 19 10:00:26 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:00:28 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:00:30 2016
Exiting Thread-2
Exiting Main Thread

Sincronizando Threads

O módulo de threading fornecido com Python inclui um mecanismo de bloqueio simples de implementar que permite sincronizar threads. Um novo bloqueio é criado chamando o método Lock () , que retorna o novo bloqueio.

O método de aquisição (bloqueio) do novo objeto de bloqueio é usado para forçar a execução dos threads de forma síncrona. O parâmetro opcional de bloqueio permite controlar se o encadeamento espera para adquirir o bloqueio.

Se o bloqueio for definido como 0, o thread retorna imediatamente com um valor 0 se o bloqueio não pode ser adquirido e com 1 se o bloqueio foi adquirido. Se o bloqueio for definido como 1, o thread é bloqueado e espera que o bloqueio seja liberado.

O método release () do novo objeto de bloqueio é usado para liberar o bloqueio quando não for mais necessário.

Exemplo

#!/usr/bin/python3

import threading
import time

class myThread (threading.Thread):
   def __init__(self, threadID, name, counter):
      threading.Thread.__init__(self)
      self.threadID = threadID
      self.name = name
      self.counter = counter
   def run(self):
      print ("Starting " + self.name)
      # Get lock to synchronize threads
      threadLock.acquire()
      print_time(self.name, self.counter, 3)
      # Free lock to release next thread
      threadLock.release()

def print_time(threadName, delay, counter):
   while counter:
      time.sleep(delay)
      print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
      counter -= 1

threadLock = threading.Lock()
threads = []

# Create new threads
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# Start new Threads
thread1.start()
thread2.start()

# Add threads to thread list
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# Wait for all threads to complete
for t in threads:
   t.join()
print ("Exiting Main Thread")

Resultado

Quando o código acima é executado, ele produz o seguinte resultado -

Starting Thread-1
Starting Thread-2
Thread-1: Fri Feb 19 10:04:14 2016
Thread-1: Fri Feb 19 10:04:15 2016
Thread-1: Fri Feb 19 10:04:16 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:04:18 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:04:20 2016
Thread-2: Fri Feb 19 10:04:22 2016
Exiting Main Thread

Fila de prioridade multithread

O módulo Queue permite criar um novo objeto de fila que pode conter um número específico de itens. Existem métodos a seguir para controlar a fila -

  • get() - O get () remove e retorna um item da fila.

  • put() - A colocação adiciona o item a uma fila.

  • qsize() - O qsize () retorna o número de itens que estão atualmente na fila.

  • empty()- O empty () retorna True se a fila está vazia; caso contrário, False.

  • full()- o full () retorna True se a fila estiver cheia; caso contrário, False.

Exemplo

#!/usr/bin/python3

import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
   def __init__(self, threadID, name, q):
      threading.Thread.__init__(self)
      self.threadID = threadID
      self.name = name
      self.q = q
   def run(self):
      print ("Starting " + self.name)
      process_data(self.name, self.q)
      print ("Exiting " + self.name)

def process_data(threadName, q):
   while not exitFlag:
      queueLock.acquire()
      if not workQueue.empty():
         data = q.get()
         queueLock.release()
         print ("%s processing %s" % (threadName, data))
      else:
         queueLock.release()
         time.sleep(1)

threadList = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"]
nameList = ["One", "Two", "Three", "Four", "Five"]
queueLock = threading.Lock()
workQueue = queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1

# Create new threads
for tName in threadList:
   thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
   thread.start()
   threads.append(thread)
   threadID += 1

# Fill the queue
queueLock.acquire()
for word in nameList:
   workQueue.put(word)
queueLock.release()

# Wait for queue to empty
while not workQueue.empty():
   pass

# Notify threads it's time to exit
exitFlag = 1

# Wait for all threads to complete
for t in threads:
   t.join()
print ("Exiting Main Thread")

Resultado

Quando o código acima é executado, ele produz o seguinte resultado -

Starting Thread-1
Starting Thread-2
Starting Thread-3
Thread-1 processing One
Thread-2 processing Two
Thread-3 processing Three
Thread-1 processing Four
Thread-2 processing Five
Exiting Thread-3
Exiting Thread-1
Exiting Thread-2
Exiting Main Thread