線程（thread）是進(jìn)程（process）中的一個(gè)實(shí)體，一個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)線程。比如，對于視頻播放器，顯示視頻用一個(gè)線程，播放音頻用另一個(gè)線程。如果我們把進(jìn)程看成一個(gè)容器，則線程是此容器的工作單位。

進(jìn)程和線程的區(qū)別主要有：

• 進(jìn)程之間是相互獨(dú)立的，多進(jìn)程中，同一個(gè)變量，各自有一份拷貝存在于每個(gè)進(jìn)程中，但互不影響；而同一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程是內(nèi)存共享的，所有變量都由所有線程共享；
• 由于進(jìn)程間是獨(dú)立的，因此一個(gè)進(jìn)程的崩潰不會影響到其他進(jìn)程；而線程是包含在進(jìn)程之內(nèi)的，線程的崩潰就會引發(fā)進(jìn)程的崩潰，繼而導(dǎo)致同一進(jìn)程內(nèi)的其他線程也奔潰；

多線程

在 Python 中，進(jìn)行多線程編程的模塊有兩個(gè)：thread 和 threading。其中，thread 是低級模塊，threading 是高級模塊，對 thread 進(jìn)行了封裝，一般來說，我們只需使用 threading 這個(gè)模塊。

下面，我們看一個(gè)簡單的例子：

from threading import Thread, current_thread

def thread_test(name):
    print 'thread %s is running...' % current_thread().name
    print 'hello', name
    print 'thread %s ended.' % current_thread().name

if __name__ == "__main__":
    print 'thread %s is running...' % current_thread().name
    print 'hello world!'
    t = Thread(target=thread_test, args=("test",), name="TestThread")
    t.start()
    t.join()
    print 'thread %s ended.' % current_thread().name

可以看到，創(chuàng)建一個(gè)新的線程，就是把一個(gè)函數(shù)和函數(shù)參數(shù)傳給 Thread 實(shí)例，然后調(diào)用 start 方法開始執(zhí)行。代碼中的 current_thread 用于返回當(dāng)前線程的實(shí)例。

執(zhí)行結(jié)果如下：

thread MainThread is running...
hello world!
thread TestThread is running...
hello test
thread TestThread ended.
thread MainThread ended.

鎖

由于同一個(gè)進(jìn)程之間的線程是內(nèi)存共享的，所以當(dāng)多個(gè)線程對同一個(gè)變量進(jìn)行修改的時(shí)候，就會得到意想不到的結(jié)果。

讓我們先看一個(gè)簡單的例子：

from threading import Thread, current_thread

num = 0

def calc():
    global num
    print 'thread %s is running...' % current_thread().name
    for _ in xrange(10000):
        num += 1
    print 'thread %s ended.' % current_thread().name

if __name__ == '__main__':
    print 'thread %s is running...' % current_thread().name

    threads = []
    for i in range(5):
        threads.append(Thread(target=calc))
        threads[i].start()
    for i in range(5):
        threads[i].join()

    print 'global num: %d' % num
    print 'thread %s ended.' % current_thread().name

在上面的代碼中，我們創(chuàng)建了 5 個(gè)線程，每個(gè)線程對全局變量 num 進(jìn)行 10000 次的 加 1 操作，這里之所以要循環(huán) 10000 次，是為了延長單個(gè)線程的執(zhí)行時(shí)間，使線程執(zhí)行時(shí)能出現(xiàn)中斷切換的情況?，F(xiàn)在問題來了，當(dāng)這 5 個(gè)線程執(zhí)行完畢時(shí)，全局變量的值是多少呢？是 50000 嗎？

讓我們看下執(zhí)行結(jié)果：

thread MainThread is running...
thread Thread-34 is running...
thread Thread-34 ended.
thread Thread-35 is running...
thread Thread-36 is running...
thread Thread-37 is running...
thread Thread-38 is running...
thread Thread-35 ended.
thread Thread-38 ended.
thread Thread-36 ended.
thread Thread-37 ended.
global num: 30668
thread MainThread ended.

我們發(fā)現(xiàn) num 的值是 30668，事實(shí)上，num 的值是不確定的，你再運(yùn)行一遍，會發(fā)現(xiàn)結(jié)果變了。

原因是因?yàn)?num += 1 不是一個(gè)原子操作，也就是說它在執(zhí)行時(shí)被分成若干步：

• 計(jì)算 num + 1，存入臨時(shí)變量 tmp 中；
• 將 tmp 的值賦給 num.

由于線程是交替運(yùn)行的，線程在執(zhí)行時(shí)可能中斷，就會導(dǎo)致其他線程讀到一個(gè)臟值。

為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，我們就需要給 num += 1 這個(gè)操作加上鎖。當(dāng)某個(gè)線程開始執(zhí)行這個(gè)操作時(shí)，由于該線程獲得了鎖，因此其他線程不能同時(shí)執(zhí)行該操作，只能等待，直到鎖被釋放，這樣就可以避免修改的沖突。創(chuàng)建一個(gè)鎖可以通過 threading.Lock() 來實(shí)現(xiàn)，代碼如下：

from threading import Thread, current_thread, Lock

num = 0
lock = Lock()

def calc():
    global num
    print 'thread %s is running...' % current_thread().name
    for _ in xrange(10000):
        lock.acquire()    # 獲取鎖
        num += 1
        lock.release()    # 釋放鎖
    print 'thread %s ended.' % current_thread().name

if __name__ == '__main__':
    print 'thread %s is running...' % current_thread().name

    threads = []
    for i in range(5):
        threads.append(Thread(target=calc))
        threads[i].start()
    for i in range(5):
        threads[i].join()

    print 'global num: %d' % num
    print 'thread %s ended.' % current_thread().name

讓我們看下執(zhí)行結(jié)果：

thread MainThread is running...
thread Thread-44 is running...
thread Thread-45 is running...
thread Thread-46 is running...
thread Thread-47 is running...
thread Thread-48 is running...
thread Thread-45 ended.
thread Thread-47 ended.
thread Thread-48 ended.
thread Thread-46 ended.
thread Thread-44 ended.
global num: 50000
thread MainThread ended.

GIL 鎖

講到 Python 中的多線程，就不得不面對 GIL 鎖，GIL 鎖的存在導(dǎo)致 Python 不能有效地使用多線程實(shí)現(xiàn)多核任務(wù)，因?yàn)樵谕粫r(shí)間，只能有一個(gè)線程在運(yùn)行。

GIL 全稱是 Global Interpreter Lock，譯為全局解釋鎖。早期的 Python 為了支持多線程，引入了 GIL 鎖，用于解決多線程之間數(shù)據(jù)共享和同步的問題。但這種實(shí)現(xiàn)方式后來被發(fā)現(xiàn)是非常低效的，當(dāng)大家試圖去除 GIL 的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)大量庫代碼已重度依賴 GIL，由于各種各樣的歷史原因，GIL 鎖就一直保留到現(xiàn)在。

小結(jié)

• 一個(gè)程序至少有一個(gè)進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程。
• 進(jìn)程是操作系統(tǒng)分配資源（比如內(nèi)存）的最基本單元，線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行調(diào)度和分派的最基本單元。
• 在 Python 中，進(jìn)行多線程編程的模塊有兩個(gè)：thread 和 threading。其中，thread 是低級模塊，threading 是高級模塊，對 thread 進(jìn)行了封裝，一般來說，我們只需使用 threading 這個(gè)模塊。
• 在執(zhí)行多線程操作時(shí)，注意加鎖。

參考資料

• 多線程 - 廖雪峰的官方網(wǎng)站
• Python的GIL是什么鬼，多線程性能究竟如何 ? cenalulu's Tech Blog
• python中多進(jìn)程以及多線程編程的總結(jié) - Codefly