Python多线程

多线程类似于同时执行多个不同程序,多线程运行有如下优点:

  • 使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理。
  • 用户界面可以更加吸引人,这样比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理,可以弹出一个进度条来显示处理的进度
  • 程序的运行速度可能加快
  • 在一些等待的任务实现上如用户输入、文件读写和网络收发数据等,线程就比较有用了。在这种情况下我们可以释放一些珍贵的资源如内存占用等等。

线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。

每个线程都有他自己的一组CPU寄存器,称为线程的上下文,该上下文反映了线程上次运行该线程的CPU寄存器的状态。

指令指针和堆栈指针寄存器是线程上下文中两个最重要的寄存器,线程总是在进程得到上下文中运行的,这些地址都用于标志拥有线程的进程地址空间中的内存。

  • 线程可以被抢占(中断)。
  • 在其他线程正在运行时,线程可以暂时搁置(也称为睡眠) -- 这就是线程的退让。

开始学习Python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。

实例:

#!/usr/bin/python

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

执行以上程序输出结果如下:

Thread-1: Thu Jan 22 15:42:17 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:19 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:19 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:21 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:23 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:23 2009
Thread-1: Thu Jan 22 15:42:25 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:27 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:31 2009
Thread-2: Thu Jan 22 15:42:35 2009

线程的结束一般依靠线程函数的自然结束;也可以在线程函数中调用thread.exit(),他抛出SystemExit exception,达到退出线程的目的。

线程模块

Python通过两个标准库thread和threading提供对线程的支持。thread提供了低级别的、原始的线程以及一个简单的锁。

thread 模块提供的其他方法:

  • threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
  • threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前,不包括启动前和终止后的线程。
  • threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量,与len(threading.enumerate())有相同的结果。

除了使用方法外,线程模块同样提供了Thread类来处理线程,Thread类提供了以下方法:

  • run(): 用以表示线程活动的方法。
  • start():启动线程活动。
  • join([time]): 等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。
  • isAlive(): 返回线程是否活动的。
  • getName(): 返回线程名。
  • setName(): 设置线程名。

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

import threading
import time

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"

以上程序执行结果如下;

Starting Thread-1
Starting Thread-2
Exiting Main Thread
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:03 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:04 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:04 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:05 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:06 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:06 2013
Thread-1: Thu Mar 21 09:10:07 2013
Exiting Thread-1
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:08 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:10 2013
Thread-2: Thu Mar 21 09:10:12 2013
Exiting Thread-2

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。

实例:

#!/usr/bin/python

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"

线程优先级队列( Queue)

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

实例:

#!/usr/bin/python

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"

以上程序执行结果:

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

python XML解析

什么是XML?

XML 指可扩展标记语言(eXtensible Markup Language)。 你可以通过本站学习XML教程

XML 被设计用来传输和存储数据。

XML是一套定义语义标记的规则,这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。

它也是元标记语言,即定义了用于定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。

python对XML的解析

常见的XML编程接口有DOM和SAX,这两种接口处理XML文件的方式不同,当然使用场合也不同。

python有三种方法解析XML,SAX,DOM,以及ElementTree:

1.SAX (simple API for XML )

pyhton 标准库包含SAX解析器,SAX用事件驱动模型,通过在解析XML的过程中触发一个个的事件并调用用户定义的回调函数来处理XML文件。

2.DOM(Document Object Model)

将XML数据在内存中解析成一个树,通过对树的操作来操作XML。

3.ElementTree(元素树)

ElementTree就像一个轻量级的DOM,具有方便友好的API。代码可用性好,速度快,消耗内存少。

注:因DOM需要将XML数据映射到内存中的树,一是比较慢,二是比较耗内存,而SAX流式读取XML文件,比较快,占用内存少,但需要用户实现回调函数(handler)。

本章节使用到的XML实例文件movies.xml内容如下:

<collection shelf="New Arrivals">
<movie title="Enemy Behind">
   <type>War, Thriller</type>
   <format>DVD</format>
   <year>2003</year>
   <rating>PG</rating>
   <stars>10</stars>
   <description>Talk about a US-Japan war</description>
</movie>
<movie title="Transformers">
   <type>Anime, Science Fiction</type>
   <format>DVD</format>
   <year>1989</year>
   <rating>R</rating>
   <stars>8</stars>
   <description>A schientific fiction</description>
</movie>
   <movie title="Trigun">
   <type>Anime, Action</type>
   <format>DVD</format>
   <episodes>4</episodes>
   <rating>PG</rating>
   <stars>10</stars>
   <description>Vash the Stampede!</description>
</movie>
<movie title="Ishtar">
   <type>Comedy</type>
   <format>VHS</format>
   <rating>PG</rating>
   <stars>2</stars>
   <description>Viewable boredom</description>
</movie>
</collection>

python使用SAX解析xml

SAX是一种基于事件驱动的API。

利用SAX解析XML文档牵涉到两个部分:解析器和事件处理器。

解析器负责读取XML文档,并向事件处理器发送事件,如元素开始跟元素结束事件;

而事件处理器则负责对事件作出相应,对传递的XML数据进行处理。

  • 1、对大型文件进行处理;
  • 2、只需要文件的部分内容,或者只需从文件中得到特定信息。
  • 3、想建立自己的对象模型的时候。

在python中使用sax方式处理xml要先引入xml.sax中的parse函数,还有xml.sax.handler中的ContentHandler。

ContentHandler类方法介绍

characters(content)方法

调用时机:

从行开始,遇到标签之前,存在字符,content的值为这些字符串。

从一个标签,遇到下一个标签之前, 存在字符,content的值为这些字符串。

从一个标签,遇到行结束符之前,存在字符,content的值为这些字符串。

标签可以是开始标签,也可以是结束标签。

startDocument()方法

文档启动的时候调用。

endDocument()方法

解析器到达文档结尾时调用。

startElement(name, attrs)方法

遇到XML开始标签时调用,name是标签的名字,attrs是标签的属性值字典。

endElement(name)方法

遇到XML结束标签时调用。

make_parser方法

以下方法创建一个新的解析器对象并返回。

xml.sax.make_parser( [parser_list] )

参数说明:

  • parser_list - 可选参数,解析器列表

parser方法

以下方法创建一个 SAX 解析器并解析xml文档:

xml.sax.parse( xmlfile, contenthandler[, errorhandler])

参数说明:

  • xmlfile - xml文件名
  • contenthandler - 必须是一个ContentHandler的对象
  • errorhandler - 如果指定该参数,errorhandler必须是一个SAX ErrorHandler对象

parseString方法

parseString方法创建一个XML解析器并解析xml字符串:

xml.sax.parseString(xmlstring, contenthandler[, errorhandler])

参数说明:

  • xmlstring - xml字符串
  • contenthandler - 必须是一个ContentHandler的对象
  • errorhandler - 如果指定该参数,errorhandler必须是一个SAX ErrorHandler对象

Python 解析XML实例

#!/usr/bin/python

import xml.sax

class MovieHandler( xml.sax.ContentHandler ):
   def __init__(self):
      self.CurrentData = ""
      self.type = ""
      self.format = ""
      self.year = ""
      self.rating = ""
      self.stars = ""
      self.description = ""

   # 元素开始事件处理
   def startElement(self, tag, attributes):
      self.CurrentData = tag
      if tag == "movie":
         print "*****Movie*****"
         title = attributes["title"]
         print "Title:", title

   # 元素结束事件处理
   def endElement(self, tag):
      if self.CurrentData == "type":
         print "Type:", self.type
      elif self.CurrentData == "format":
         print "Format:", self.format
      elif self.CurrentData == "year":
         print "Year:", self.year
      elif self.CurrentData == "rating":
         print "Rating:", self.rating
      elif self.CurrentData == "stars":
         print "Stars:", self.stars
      elif self.CurrentData == "description":
         print "Description:", self.description
      self.CurrentData = ""

   # 内容事件处理
   def characters(self, content):
      if self.CurrentData == "type":
         self.type = content
      elif self.CurrentData == "format":
         self.format = content
      elif self.CurrentData == "year":
         self.year = content
      elif self.CurrentData == "rating":
         self.rating = content
      elif self.CurrentData == "stars":
         self.stars = content
      elif self.CurrentData == "description":
         self.description = content

if ( __name__ == "__main__"):

   # 创建一个 XMLReader
   parser = xml.sax.make_parser()
   # turn off namepsaces
   parser.setFeature(xml.sax.handler.feature_namespaces, 0)

   # 重写 ContextHandler
   Handler = MovieHandler()
   parser.setContentHandler( Handler )

   parser.parse("movies.xml")

以上代码执行结果如下:

*****Movie*****
Title: Enemy Behind
Type: War, Thriller
Format: DVD
Year: 2003
Rating: PG
Stars: 10
Description: Talk about a US-Japan war
*****Movie*****
Title: Transformers
Type: Anime, Science Fiction
Format: DVD
Year: 1989
Rating: R
Stars: 8
Description: A schientific fiction
*****Movie*****
Title: Trigun
Type: Anime, Action
Format: DVD
Rating: PG
Stars: 10
Description: Vash the Stampede!
*****Movie*****
Title: Ishtar
Type: Comedy
Format: VHS
Rating: PG
Stars: 2
Description: Viewable boredom

完整的 SAX API 文档请查阅Python SAX APIs

使用xml.dom解析xml

文件对象模型(Document Object Model,简称DOM),是W3C组织推荐的处理可扩展置标语言的标准编程接口。

一个 DOM 的解析器在解析一个 XML 文档时,一次性读取整个文档,把文档中所有元素保存在内存中的一个树结构里,之后你可以利用DOM 提供的不同的函数来读取或修改文档的内容和结构,也可以把修改过的内容写入xml文件。

python中用xml.dom.minidom来解析xml文件,实例如下:

#!/usr/bin/python

from xml.dom.minidom import parse
import xml.dom.minidom

# 使用minidom解析器打开 XML 文档
DOMTree = xml.dom.minidom.parse("movies.xml")
collection = DOMTree.documentElement
if collection.hasAttribute("shelf"):
   print "Root element : %s" % collection.getAttribute("shelf")

# 在集合中获取所有电影
movies = collection.getElementsByTagName("movie")

# 打印每部电影的详细信息
for movie in movies:
   print "*****Movie*****"
   if movie.hasAttribute("title"):
      print "Title: %s" % movie.getAttribute("title")

   type = movie.getElementsByTagName('type')[0]
   print "Type: %s" % type.childNodes[0].data
   format = movie.getElementsByTagName('format')[0]
   print "Format: %s" % format.childNodes[0].data
   rating = movie.getElementsByTagName('rating')[0]
   print "Rating: %s" % rating.childNodes[0].data
   description = movie.getElementsByTagName('description')[0]
   print "Description: %s" % description.childNodes[0].data

以上程序执行结果如下:

Root element : New Arrivals
*****Movie*****
Title: Enemy Behind
Type: War, Thriller
Format: DVD
Rating: PG
Description: Talk about a US-Japan war
*****Movie*****
Title: Transformers
Type: Anime, Science Fiction
Format: DVD
Rating: R
Description: A schientific fiction
*****Movie*****
Title: Trigun
Type: Anime, Action
Format: DVD
Rating: PG
Description: Vash the Stampede!
*****Movie*****
Title: Ishtar
Type: Comedy
Format: VHS
Rating: PG
Description: Viewable boredom

完整的 DOM API 文档请查阅Python DOM APIs

python GUI编程(Tkinter)

python提供了多个图形开发界面的库,几个常用Python GUI库如下:

  • Tkinter: Tkinter模块("Tk 接口")是Python的标准Tk GUI工具包的接口.Tk和Tkinter可以在大多数的Unix平台下使用,同样可以应用在Windows和Macintosh系统里.,Tk8.0的后续版本可以实现本地窗口风格,并良好地运行在绝大多数平台中。
  • wxPython:wxPython 是一款开源软件,是 Python 语言的一套优秀的 GUI 图形库,允许 Python 程序员很方便的创建完整的、功能键全的 GUI 用户界面。
  • Jython:Jython程序可以和Java无缝集成。除了一些标准模块,Jython使用Java的模块。Jython几乎拥有标准的Python中不依赖于C语言的全部模块。比如,Jython的用户界面将使用Swing,AWT或者SWT。Jython可以被动态或静态地编译成Java字节码。

Tkinter 编程

Tkinter 是Python的标准GUI库。Python使用Tkinter可以快速的创建GUI应用程序。

由于Tkinter是内置到python的安装包中、只要安装好Python之后就能import Tkinter库、而且IDLE也是用Tkinter编写而成、对于简单的图形界面Tkinter还是能应付自如。

创建一个GUI程序

  • 1、导入Tkinter模块
  • 2、创建控件
  • 3、指定这个控件的master, 即这个控件属于哪一个
  • 4、告诉GM(geometry manager)有一个控件产生了。

实例:

#!/usr/bin/python

import Tkinter
top = Tkinter.Tk()
# 进入消息循环
top.mainloop()

以上代码执行结果如下图:

tkwindow

Tkinter 组件

Tkinter的提供各种控件,如按钮,标签和文本框,一个GUI应用程序中使用。这些控件通常被称为控件或者部件。

目前有15种Tkinter的部件。我们提出这些部件以及一个简短的介绍,在下面的表:

控件 描述
Button 按钮控件;在程序中显示按钮。
Canvas 画布控件;显示图形元素如线条或文本
Checkbutton 多选框控件;用于在程序中提供多项选择框
Entry 输入控件;用于显示简单的文本内容
Frame 框架控件;在屏幕上显示一个矩形区域,多用来作为容器
Label 标签控件;可以显示文本和位图
Listbox 列表框控件;在Listbox窗口小部件是用来显示一个字符串列表给用户
Menubutton 菜单按钮控件,由于显示菜单项。
Menu 菜单控件;显示菜单栏,下拉菜单和弹出菜单
Message 消息控件;用来显示多行文本,与label比较类似
Radiobutton 单选按钮控件;显示一个单选的按钮状态
Scale 范围控件;显示一个数值刻度,为输出限定范围的数字区间
Scrollbar 滚动条控件,当内容超过可视化区域时使用,如列表框。.
Text 文本控件;用于显示多行文本
Toplevel 容器控件;用来提供一个单独的对话框,和Frame比较类似
Spinbox 输入控件;与Entry类似,但是可以指定输入范围值
PanedWindow PanedWindow是一个窗口布局管理的插件,可以包含一个或者多个子控件。
LabelFrame labelframe 是一个简单的容器控件。常用与复杂的窗口布局。
tkMessageBox 用于显示你应用程序的消息框。

标准属性

标准属性也就是所有控件的共同属性,如大小,字体和颜色等等。

属性 描述
Dimension 控件大小;
Color 控件颜色;
Font 控件字体;
Anchor 锚点;
Relief 控件样式;
Bitmap 位图;
Cursor 光标;

几何管理

Tkinter控件有特定的几何状态管理方法,管理整个控件区域组织,一下是Tkinter公开的几何管理类:包、网格、位置

几何方法 描述
pack() 包装;
grid() 网格;
place() 位置;
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