2.5 线程中的信息隔离


上一篇我们说,线程与线程之间要通过消息通信来控制程序的执行。

讲完了消息通信,今天就来探讨下线程里的信息隔离是如何做到的。 >大家注意: >信息隔离,这并不是官方命名的名词,也不是网上广为流传的名词。是我为了方便理解而自创的,大家知道就好咯。

2.5.1 初步认识信息隔离

什么是信息隔离

比如说,咱有两个线程,线程A里的变量,和线程B里的变量值不能共享。这就是信息隔离

你可能要说,那变量名取不一样不就好啦?

是的,如果所有的线程都不是由一个class实例化出来的同一个对象,确实是可以。这个问题我们暂且挂着,后面我再说明。

那么,如何实现信息隔离呢?

在Python中,其提供了threading.local这个类,可以很方便的控制变量的隔离,即使是同一个变量,在不同的线程中,其值也是不能共享的。

用代码来看下

from threading import local, Thread, currentThread

# 定义一个local实例
local_data = local()
# 在主线中,存入name这个变量
local_data.name = 'local_data'


class MyThread(Thread):
    def run(self):
        print("赋值前-子线程:", currentThread(),local_data.__dict__)
        # 在子线程中存入name这个变量
        local_data.name = self.getName()
        print("赋值后-子线程:",currentThread(), local_data.__dict__)


if __name__ == '__main__':
    print("开始前-主线程:",local_data.__dict__)

    t1 = MyThread()
    t1.start()
    t1.join()

    t2 = MyThread()
    t2.start()
    t2.join()

    print("结束后-主线程:",local_data.__dict__)

来看看输出结果

开始前-主线程: {'name': 'local_data'}

赋值前-子线程: <MyThread(Thread-1, started 4832)> {}
赋值后-子线程: <MyThread(Thread-1, started 4832)> {'name': 'Thread-1'}

赋值前-子线程: <MyThread(Thread-2, started 5616)> {}
赋值后-子线程: <MyThread(Thread-2, started 5616)> {'name': 'Thread-2'}

结束后-主线程: {'name': 'local_data'}

从输出来看,我们可以知道,local实际是一个字典型的对象,其内部可以以key-value的形式存入你要做信息隔离的变量。local实例可以是全局唯一的,只有一个。因为你在给local存入或访问变量时,它会根据当前的线程的不同从不同的存储空间存入或获取。

基于此,我们可以得出以下三点结论: >1. 主线程中的变量,不会因为其是全局变量,而被子线程获取到; 2. 主线程也不能获取到子线程中的变量; 3. 子线程与子线程之间的变量也不能互相访问。

所以如果想在当前线程保存一个全局值,并且各自线程(包括主线程)互不干扰,使用local类吧。

2.5.2 信息隔离的意义何在

细心的你,一定已经发现了,上面那个例子,即使我们不用threading.local来做信息隔离,两个线程self.getName()本身就是隔离的,没有任何关系的。因为这两个线程是由一个class实例出的两个不同的实例对象。自然是可以不用做隔离,因为其本身就是隔离的。

但是,现实开发中。不可排除有多个线程,是由一个class实例出的同一个实例对象而实现的。

譬如,现在新手特别喜欢的爬虫项目。通常都是先给爬虫一个主页,然后获取主页下的所有链接,对这个链接再进行遍历,一直往下,直到把所有的链接都爬完,获取到我们所需的内容。

由于单线程的爬取效率实在是太低了,我们考虑使用多线程来工作。先使用socketwww.sina.con.cn建立一个TCP连接。然后在这个连接的基础上,对主页上的每个链接(我们这里只举news.sina.com.cnblog.sina.com.cn这两个子链接做例子)创建一个线程,这样效率就高多了。 >友情提醒: >以下代码,若要理解,可能需要你了解下socket的网络编程相关内容。我在前几天的文章中有发布一篇相关的文章,没有基础的同学可以先去看看那篇文章。

import threading
from functools import partial
from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM

class LazyConnection:
    def __init__(self, address, family=AF_INET, type=SOCK_STREAM):
        self.address = address
        self.family = AF_INET
        self.type = SOCK_STREAM
        self.local = threading.local()

    def __enter__(self):
        if hasattr(self.local, 'sock'):
            raise RuntimeError('Already connected')
        # 把socket连接存入local中
        self.local.sock = socket(self.family, self.type)
        self.local.sock.connect(self.address)
        return self.local.sock

    def __exit__(self, exc_ty, exc_val, tb):
        self.local.sock.close()
        del self.local.sock

def spider(conn, website):
    with conn as s:
        header = 'GET / HTTP/1.1\r\nHost: {}\r\nConnection: close\r\n\r\n'.format(website)
        s.send(header.encode("utf-8"))
        resp = b''.join(iter(partial(s.recv, 100000), b''))
    print('Got {} bytes'.format(len(resp)))

if __name__ == '__main__':
    # 建立一个TCP连接
    conn = LazyConnection(('www.sina.com.cn', 80))

    # 爬取两个页面
    t1 = threading.Thread(target=spider, args=(conn,"news.sina.com.cn"))
    t2 = threading.Thread(target=spider, args=(conn,"blog.sina.com.cn"))
    t1.start()
    t2.start()
    t1.join()
    t2.join()

输出结果

Got 765 bytes
Got 513469 bytes

如果是在这种场景下,要做到线程之间的状态信息的隔离,就肯定要借助threading.local,所以threading.local的存在是有存在的意义的。其他还有很多场景是必须借助threading.local才能实现的,而这些就要靠你们在真正的业务开发中去发现咯。

2.5.3 消息队列的先进先出

首先,要告诉大家的事,消息队列可不是只有queue.Queue这一个类,除它之外,还有queue.LifoQueuequeue.PriorityQueue这两个类。

从名字上,对于他们之间的区别,你大概也能猜到一二吧。

queue.Queue:先进先出队列 queue.LifoQueue:后进先出队列 queue.PriorityQueue:优先级队列

先来看看,我们的老朋友,queue.Queue。 所谓的先进先出(FIFO,First in First Out),就是先进入队列的消息,将优先被消费。 这和我们日常排队买菜是一样的,先排队的人肯定是先买到菜。

用代码来说明一下

import queue

q = queue.Queue()

for i in range(5):
    q.put(i)

while not q.empty():
    print q.get()

看看输出,符合我们先进先出的预期。存入队列的顺序是01234,被消费的顺序也是01234

0
1
2
3
4

再来看看Queue.LifoQueue,后进先出,就是后进入消息队列的,将优先被消费。

这和我们羽毛球筒是一样的,最后放进羽毛球筒的球,会被第一个取出使用。

用代码来看下

import queue

q = queue.LifoQueue()

for i in range(5):
    q.put(i)

while not q.empty():
    print q.get()

来看看输出,符合我们后进后出的预期。存入队列的顺序是01234,被消费的顺序也是43210

4
3
2
1
0

最后来看看Queue.PriorityQueue,优先级队列。 这和我们日常生活中的会员机制有些类似,办了金卡的人比银卡的服务优先,办了银卡的人比不办卡的人服务优先。

来用代码看一下

from queue import PriorityQueue

# 重新定义一个类,继承自PriorityQueue
class MyPriorityQueue(PriorityQueue):
    def __init__(self):
        PriorityQueue.__init__(self)
        self.counter = 0

    def put(self, item, priority):
        PriorityQueue.put(self, (priority, self.counter, item))
        self.counter += 1

    def get(self, *args, **kwargs):
        _, _, item = PriorityQueue.get(self, *args, **kwargs)
        return item


queue = MyPriorityQueue()
queue.put('item2', 2)
queue.put('item5', 5)
queue.put('item3', 3)
queue.put('item4', 4)
queue.put('item1', 1)

while True:
    print(queue.get())

来看看输出,符合我们的预期。我们存入入队列的顺序是25341,对应的优先级也是25341,可是被消费的顺序丝毫不受传入顺序的影响,而是根据指定的优先级来消费。

item1
item2
item3
item4
item5

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