Python 多執行緒（Multithreading）

 

多執行緒（Multithreading）

多執行緒是一種在同一程序中同時執行多個執行緒的技術，主要用於提升程式的執行效率。Python 提供了 threading 模組來實現多執行緒。以下是一個簡單的多執行緒範例：

python
import threading
import time

def thread_function(name):
    print(f"Thread {name}: starting")
    time.sleep(2)
    print(f"Thread {name}: finishing")

threads = []
for index in range(5):
    thread = threading.Thread(target=thread_function, args=(index,))
    threads.append(thread)
    thread.start()

for thread in threads:
    thread.join()  # 等待所有執行緒完成

在這個範例中，我們創建了五個執行緒，每個執行緒都會呼叫 thread_function 函數。使用 join() 方法可以確保主執行緒等待所有子執行緒完成後再繼續執行。這種方式特別適合處理 I/O 密集型任務，如網頁爬蟲或檔案讀寫等

2

4

6

。

結論

類別和多執行緒是 Python 中強大的工具。類別使得程式碼更具結構性和可重用性，而多執行緒則能有效提升程式的性能，特別是在需要同時處理多項任務時。這兩者的結合可以幫助開發者創建更高效且易於維護的應用程式。

在 Python 中，將 類別（Class） 與 多執行緒（Multithreading） 結合使用，可以有效地組織和管理執行緒的行為。以下是如何在類別中實現多執行緒的基本方法與示例。

使用類別實現多執行緒

1. 繼承 threading.Thread 類別

可以通過創建一個繼承自 threading.Thread 的類別來定義執行緒。在這個類別中，重寫 run() 方法以指定執行緒要執行的程式碼。

python
import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        super().__init__()
        self.name = name

    def run(self):
        for i in range(5):
            time.sleep(0.5)
            print(f"{self.name}: {i}")

# 創建執行緒實例
thread1 = MyThread("Thread A")
thread2 = MyThread("Thread B")

# 啟動執行緒
thread1.start()
thread2.start()

# 等待所有執行緒完成
thread1.join()
thread2.join()

在這個示例中，MyThread 類別定義了一個名為 run 的方法，這是每個執行緒啟動後要執行的程式碼。然後創建兩個 MyThread 的實例並啟動它們。

2. 使用鎖（Lock）來保護共享資源

在多執行緒環境中，如果多個執行緒同時訪問共享資源，可能會導致數據競爭。可以使用 Lock 來確保同一時間只有一個執行緒可以訪問共享資源。

python
class SafeCounter(threading.Thread):
    lock = threading.Lock()
    count = 0

    def run(self):
        global count
        for _ in range(1000):
            with SafeCounter.lock:
                SafeCounter.count += 1

threads = []
for _ in range(10):
    thread = SafeCounter()
    thread.start()
    threads.append(thread)

for thread in threads:
    thread.join()

print(f"Final count: {SafeCounter.count}")

在這個範例中，SafeCounter 類別使用鎖來保護對共享變數 count 的訪問。每當一個執行緒想要更新 count 時，它必須首先獲取鎖，這樣可以避免數據競爭。

3. 使用事件（Event）

除了鎖之外，還可以使用事件來協調不同執行緒之間的操作。例如，可以讓一個執行緒等待另一個執行緒完成某些工作後再繼續。

python
class EventThread(threading.Thread):
    def __init__(self, event):
        super().__init__()
        self.event = event

    def run(self):
        print("Waiting for event to be set...")
        self.event.wait()  # 等待事件被設置
        print("Event has been set, continuing execution.")

event = threading.Event()
thread = EventThread(event)
thread.start()

time.sleep(2)  # 模擬一些工作
event.set()  # 設置事件，讓等待的執行緒繼續

在這個示例中，EventThread 類別中的 run() 方法會等待事件被設置。主程式在等待兩秒後設置事件，這樣 EventThread 就可以繼續其執行。

結論

將類別與多執行緒結合使用，可以使得程式碼更具結構性和可讀性。透過繼承 threading.Thread、使用鎖和事件等技術，可以有效地管理多個執行緒之間的交互與資源共享。這樣的設計不僅提升了程式的性能，也增強了其可維護性。