爬虫之多线程用法 · 测试文档

## [Python爬虫进阶五之多线程的用法] ## 前言我们之前写的爬虫都是单个线程的？这怎么够？一旦一个地方卡到不动了，那不就永远等待下去了？为此我们可以使用多线程或者多进程来处理。首先声明一点！多线程和多进程是不一样的！一个是 thread 库，一个是 multiprocessing 库。而多线程 thread 在 Python 里面被称作鸡肋的存在！而没错！本节介绍的是就是这个库 thread。不建议你用这个，不过还是介绍下了，如果想看可以看看下面，不想浪费时间直接看 [multiprocessing 多进程](http://cuiqingcai.com/3335.html) ## 鸡肋点 ### 名言： > “Python下多线程是鸡肋，推荐使用多进程！” 那当然有同学会问了，为啥？ ### 背景 1、GIL是什么？ GIL的全称是Global Interpreter Lock(全局解释器锁)，来源是python设计之初的考虑，为了数据安全所做的决定。 2、每个CPU在同一时间只能执行一个线程（在单核CPU下的多线程其实都只是并发，不是并行，并发和并行从宏观上来讲都是同时处理多路请求的概念。但并发和并行又有区别，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。）在Python多线程下，每个线程的执行方式： * 获取GIL * 执行代码直到sleep或者是python虚拟机将其挂起。 * 释放GIL 可见，某个线程想要执行，必须先拿到GIL，我们可以把GIL看作是“通行证”，并且在一个python进程中，GIL只有一个。拿不到通行证的线程，就不允许进入CPU执行。在Python2.x里，GIL的释放逻辑是当前线程遇见IO操作或者ticks计数达到100（ticks可以看作是Python自身的一个计数器，专门做用于GIL，每次释放后归零，这个计数可以通过 sys.setcheckinterval 来调整），进行释放。而每次释放GIL锁，线程进行锁竞争、切换线程，会消耗资源。并且由于GIL锁存在，python里一个进程永远只能同时执行一个线程(拿到GIL的线程才能执行)，这就是为什么在多核CPU上，python的多线程效率并不高。 ### 那么是不是python的多线程就完全没用了呢？在这里我们进行分类讨论： 1、CPU密集型代码(各种循环处理、计数等等)，在这种情况下，由于计算工作多，ticks计数很快就会达到阈值，然后触发GIL的释放与再竞争（多个线程来回切换当然是需要消耗资源的），所以python下的多线程对CPU密集型代码并不友好。 2、IO密集型代码(文件处理、网络爬虫等)，多线程能够有效提升效率(单线程下有IO操作会进行IO等待，造成不必要的时间浪费，而开启多线程能在线程A等待时，自动切换到线程B，可以不浪费CPU的资源，从而能提升程序执行效率)。所以python的多线程对IO密集型代码比较友好。而在python3.x中，GIL不使用ticks计数，改为使用计时器（执行时间达到阈值后，当前线程释放GIL），这样对CPU密集型程序更加友好，但依然没有解决GIL导致的同一时间只能执行一个线程的问题，所以效率依然不尽如人意。 ### 多核性能多核多线程比单核多线程更差，原因是单核下多线程，每次释放GIL，唤醒的那个线程都能获取到GIL锁，所以能够无缝执行，但多核下，CPU0释放GIL后，其他CPU上的线程都会进行竞争，但GIL可能会马上又被CPU0拿到，导致其他几个CPU上被唤醒后的线程会醒着等待到切换时间后又进入待调度状态，这样会造成线程颠簸(thrashing)，导致效率更低 ### 多进程为什么不会这样？每个进程有各自独立的GIL，互不干扰，这样就可以真正意义上的并行执行，所以在python中，多进程的执行效率优于多线程(仅仅针对多核CPU而言)。所以在这里说结论：多核下，想做并行提升效率，比较通用的方法是使用多进程，能够有效提高执行效率。所以，如果不想浪费时间，可以直接看多进程。 ## 直接利用函数创建多线程 Python中使用线程有两种方式：函数或者用类来包装线程对象。函数式：调用thread模块中的start\_new\_thread()函数来产生新线程。语法如下： ``` thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] ) ``` 参数说明: * function – 线程函数。 * args – 传递给线程函数的参数,他必须是个tuple类型。 * kwargs – 可选参数。先用一个实例感受一下： ``` # -*- coding: UTF-8 -*- import thread import time # 为线程定义一个函数 def print_time(threadName, delay): count = 0 while count < 5: time.sleep(delay) count += 1 print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) # 创建两个线程 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 print "Main Finished" ``` 运行结果如下： ``` Thread-1: Thu Nov 3 16:43:01 2016 Thread-2: Thu Nov 3 16:43:03 2016 Thread-1: Thu Nov 3 16:43:03 2016 Thread-1: Thu Nov 3 16:43:05 2016 Thread-2: Thu Nov 3 16:43:07 2016 Thread-1: Thu Nov 3 16:43:07 2016 Thread-1: Thu Nov 3 16:43:09 2016 Thread-2: Thu Nov 3 16:43:11 2016 Thread-2: Thu Nov 3 16:43:15 2016 Thread-2: Thu Nov 3 16:43:19 2016 ``` 可以发现，两个线程都在执行，睡眠2秒和4秒后打印输出一段话。注意到，在主线程写了 ``` while 1: pass ``` 这是让主线程一直在等待如果去掉上面两行，那就直接输出 ``` Main Finished ``` 程序执行结束。 ## 使用Threading模块创建线程使用Threading模块创建线程，直接从threading.Thread继承，然后重写**init**方法和run方法： ``` #!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- import threading import time import thread exitFlag = 0 class myThread (threading.Thread): #继承父类threading.Thread def __init__(self, threadID, name, counter): threading.Thread.__init__(self) self.threadID = threadID self.name = name self.counter = counter def run(self): #把要执行的代码写到run函数里面线程在创建后会直接运行run函数 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: thread.exit() time.sleep(delay) print "%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 # 创建新线程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 开启线程 thread1.start() thread2.start() print "Exiting Main Thread" ``` 运行结果： ``` Starting Thread-1Starting Thread-2 Exiting Main Thread Thread-1: Thu Nov 3 18:42:19 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:42:20 2016 Thread-1: Thu Nov 3 18:42:20 2016 Thread-1: Thu Nov 3 18:42:21 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:42:22 2016 Thread-1: Thu Nov 3 18:42:22 2016 Thread-1: Thu Nov 3 18:42:23 2016 Exiting Thread-1 Thread-2: Thu Nov 3 18:42:24 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:42:26 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:42:28 2016 Exiting Thread-2 ``` 有没有发现什么奇怪的地方？打印的输出格式好奇怪。比如第一行之后应该是一个回车的，结果第二个进程就打印出来了。那是因为什么？因为这几个线程没有设置同步。 ## 线程同步如果多个线程共同对某个数据修改，则可能出现不可预料的结果，为了保证数据的正确性，需要对多个线程进行同步。使用Thread对象的Lock和Rlock可以实现简单的线程同步，这两个对象都有acquire方法和release方法，对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到acquire和release方法之间。如下：多线程的优势在于可以同时运行多个任务（至少感觉起来是这样）。但是当线程需要共享数据时，可能存在数据不同步的问题。考虑这样一种情况：一个列表里所有元素都是0，线程”set”从后向前把所有元素改成1，而线程”print”负责从前往后读取列表并打印。那么，可能线程”set”开始改的时候，线程”print”便来打印列表了，输出就成了一半0一半1，这就是数据的不同步。为了避免这种情况，引入了锁的概念。锁有两种状态——锁定和未锁定。每当一个线程比如”set”要访问共享数据时，必须先获得锁定；如果已经有别的线程比如”print”获得锁定了，那么就让线程”set”暂停，也就是同步阻塞；等到线程”print”访问完毕，释放锁以后，再让线程”set”继续。经过这样的处理，打印列表时要么全部输出0，要么全部输出1，不会再出现一半0一半1的尴尬场面。看下面的例子： Python ``` # -*- coding: UTF-8 -*- 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 # 获得锁，成功获得锁定后返回True # 可选的timeout参数不填时将一直阻塞直到获得锁定 # 否则超时后将返回False threadLock.acquire() print_time(self.name, self.counter, 3) # 释放锁 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 = [] # 创建新线程 thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1) thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2) # 开启新线程 thread1.start() thread2.start() # 添加线程到线程列表 threads.append(thread1) threads.append(thread2) # 等待所有线程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread" ``` 在上面的代码中运用了线程锁还有join等待。运行结果如下： ``` Starting Thread-1 Starting Thread-2 Thread-1: Thu Nov 3 18:56:49 2016 Thread-1: Thu Nov 3 18:56:50 2016 Thread-1: Thu Nov 3 18:56:51 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:56:53 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:56:55 2016 Thread-2: Thu Nov 3 18:56:57 2016 Exiting Main Thread ``` 这样一来，你可以发现就不会出现刚才的输出混乱的结果了。 ## 线程优先级队列 Python的Queue模块中提供了同步的、线程安全的队列类，包括FIFO（先入先出)队列Queue，LIFO（后入先出）队列LifoQueue，和优先级队列PriorityQueue。这些队列都实现了锁原语，能够在多线程中直接使用。可以使用队列来实现线程间的同步。 Queue模块中的常用方法: * Queue.qsize() 返回队列的大小 * Queue.empty() 如果队列为空，返回True,反之False * Queue.full() 如果队列满了，返回True,反之False * Queue.full 与 maxsize 大小对应 * Queue.get(\[block\[, timeout\]\])获取队列，timeout等待时间 * Queue.get\_nowait() 相当Queue.get(False) * Queue.put(item) 写入队列，timeout等待时间 * Queue.put\_nowait(item) 相当Queue.put(item, False) * Queue.task\_done() 在完成一项工作之后，Queue.task\_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号 * Queue.join() 实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作用一个实例感受一下： ``` # -*- coding: UTF-8 -*- 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 # 创建新线程 for tName in threadList: thread = myThread(threadID, tName, workQueue) thread.start() threads.append(thread) threadID += 1 # 填充队列 queueLock.acquire() for word in nameList: workQueue.put(word) queueLock.release() # 等待队列清空 while not workQueue.empty(): pass # 通知线程是时候退出 exitFlag = 1 # 等待所有线程完成 for t in threads: t.join() print "Exiting Main Thread" ``` 运行结果： ``` Starting Thread-1 Starting Thread-2 Starting Thread-3 Thread-3 processing One Thread-1 processing Two Thread-2 processing Three Thread-3 processing Four Thread-2 processing Five Exiting Thread-2 Exiting Thread-3 Exiting Thread-1 Exiting Main Thread ``` 上面的例子用了FIFO队列。当然你也可以换成其他类型的队列。 ## 参考文章 1. [http://bbs.51cto.com/thread-1349105-1.html](http://bbs.51cto.com/thread-1349105-1.html) 2. [http://www.runoob.com/python/python-multithreading.html](http://www.runoob.com/python/python-multithreading.html)