آموزش پایتون-برنامه نویسی multi threaded با پایتون

در این مقاله از سری مقاله های آموزش پایتون به معرفی multi threaded در پایتون می پردازیم :اجرای همزمان چندین thread به منزله اجرای همزمان چندین برنامه در آن واحد است که مزایای زیر را به دنبال دارد :چندین thread که در بستر یک پردازه یا فرایند (process) اجرا شده و data space یکسانی را دارند، می توانند داده ها را بهتر با یکدیگر به اشتراک گذاشته و بایکدیگر تعامل بهتری داشته باشند، نسبت به زمانی که این thread ها در فرایندهای مجزا قرار دارند.گاهی thread ها را پردازه یا فرایندهای سبک می نامند که سربار و memory overhead کمتری نسبت به فرایندهای واقعی داشته و کم هزینه تر می باشند.هر thread یک نقطه ی آغاز،یک ترتیب یا توالی اجرا و یک نقطه ی پایان دارد. علاوه بر آن، یک instruction pointer دارد که دقیقا مشخص می کند برنامه در کجای بستر (context) جاری در حال اجرا بود و به کدام مرحله و نقطه اجرای دستور رسیده است.می توان thread را مختل یا متوقف (pre-empt) کرد.می توان thread را در حالی که دیگر thread ها فعال هستند، به طور موقت به حالت تعلیق درآورد. از این کار تحت عنوان yielding نیز یاد می شود.آموزش پایتون : راه اندازی و اجرای thread جدیدجهت آغاز یک thread جدید، بایستی متد زیر که داخل ماژول thread کپسوله شده را فراخوانی نمایید :thread.start_new_thread ( function, args[, kwargs] )به وسیله ی این متد می توانید به روش سریع و کارا در هر دو محیط ویندوز و لینوکس thread های جدید ایجاد نمایید.متد مورد نظر بلافاصله بازگشته و thread فرزند آغاز می شود که متعاقبا function را با پارامتر args صدا می زند. زمانی که function به return می رسد، thread خاتمه می یابد.در این تابع، پارامتر args مجموعه ی چندتایی از آرگومان ها (tuple) است. اگر می خواهید تابع را بدون آرگومان صدا بزنید، بایستی یک tuple خالی به عنوان پارامتر ارسال کنید. kwargs یک آرگومان از نوع dictionary تشکیل شده از کلیدواژه ها بوده و استفاده از آن اختیاری است.مثال :#!/usr/bin/python import thread import time # Define a function for the thread def print_time( threadName, delay): count = 0 while count < 5: time.sleep(delay) count += 1 print &quot%s: %s&quot % ( threadName, time.ctime(time.time()) ) # Create two threads as follows try : thread.start_new_thread( print_time, (&quotThread-1&quot, 2, ) ) thread.start_new_thread( print_time, (&quotThread-2&quot, 4, ) ) except: print &quotError: unable to start thread&quot while 1: passخروجی : 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 2009اگرچه توصیه می شود که برای پردازش موازی سطح پایین (low-level threading) از ماژول thread استفاده نمایید، با این وجود ماژول مزبور در مقایسه با ماژول جدید برنامه نویسی موازی (threading module) از قابلیت های بسیار کمتری برخوردار است.آموزش پایتون : ماژول Threadingماژول جدیدتری که برای برنامه نویسی موازی همراه با ویرایش 2.4 زبان Python ارائه شد، قابلیت های بسیار بیشتر و سطح بالاتری جهت بهره گیری از پردازش موازی و thread ها در اختیار برنامه نویس قرار داد.ماژول threading علاوه بر تمامی توابع ماژول قبلی (thread)، تعدادی متد نوین و کارای دیگر جهت پیاده سازی مفهوم برنامه نویسی موازی ارائه می دهد.متد threading.activeCount() : تعداد آبجکت های thread که فعال و در حال اجرا هستند را بازگردانی می نماید.متد threading.currentThread() : همان thread جاری را به عنوان خروجی برمی گرداند.علاوه بر متدها، ماژول نام برده کلاس Thread را شامل می شود که threading و پردازش موازی را پیاده سازی می کند. متدهایی که که کلاس Thread در اختیار توسعه دهنده قرار می دهد، به شرح زیر می باشد :متد ()run : متد جاری در واقع entry point یا نقطه ی شروع اجرای thread می باشد.متد start() : thread را با فراخوانی تابع run() راه اندازی و اجرا می کند.متد ([Join ([time : متد join() منتظر می ماند تا thread ها خاتمه یابند.متد ()isAlive : متد حاضر بررسی می کند آیا یک thread هنوز در حل اجرا است یا خیر.متد ()getName : متد جاری اسم آبجکت thread را بازیابی می کند.متد ()setName : این متد اسم thread را مقداردهی می کند.ساخت آبجکت Thread از ماژول Threadingبه منظور پیاده سازی یک thread جدید از ماژول threading، کافی است مراحل زیر را دنبال نمایید:یک کلاس مشتق از کلاس Thread ایجاد نمایید (از آن ارث بری کنید).متد _[(init_(self[,args را جهت تزریق آرگومان های بیشتر به کلاس، بازنویسی (override) نمایید.در پایان، متد [(run(self[,args را پیاده سازی و در بدنه ی آن مشخص کنید که thread به هنگام اجرا چه عملیاتی را انجام دهد.پس از ایجاد کلاس مشتق (ارث بری) از Thread، می توانید یک نمونه از آن ایجاد کرده و سپس با فراخوانی متد start() یک thread یا ریزپردازه ی دیگر آغاز نمایید که متعاقبا متد run() را صدا می زند.مثال :#!/usr/bin/python import threading import time exitFlag = 0 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 &quotStarting &quot + self.name print_time(self.name, self.counter, 5) print &quotExiting &quot + self.name def print_time(threadName, delay, counter): while counter: if exitFlag: threadName.exit() time.sleep(delay) print &quot%s: %s&quot % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 # Create new threads thread1 = myThread(1, &quotThread-1&quot, 1) thread2 = myThread(2, &quotThread-2&quot, 2) # Start new Threads thread1.start() thread2.start() print &quotExiting Main Thread&quotزمانی که کد فوق به اجرا گذاشته می شود، خروجی به صورت زیر خواهد بود :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-2همزمان سازی thread هاماژول threading که در بالا به آن اشاره کردیم، یک مکانیزم اعمال قفل با قابلیت پیاده سازی آسان در اختیار توسعه دهنده قرار می دهد که به واسطه ی آن می توان به راحتی thread ها و اجرای آن ها را هماهنگ ساخت. جهت ساخت و اعمال قفل جدید کافی است متد Lock() فراخوانی شود که در خروجی نمونه ی جدید از آبجکت lock را بازگردانی می نماید.متد acquire(blocking) از نمونه ی (آّبجکت) جدید lock، این قابلیت را دارد که با مدیریت thread ها آن ها را به طور همزمان (موازی) اجرا کند. به واسطه ی پارامتر اختیاری blocking توسعه دهنده قادر خواهد بود کنترل اینکه آیا قفل بر روی thread اعمال شود یا خیر را بدست گیرد.زمانی که مقدار پارامتر blocking برابر 0 باشد، اگر قفل یا lock بر روی thread اعمال شد،متد با 1 و اگر نشد با 0 برمی گردد. هنگامی که blocking روی 1 تنظیم شده باشد، thread مسدود (block) شده و منتظر می ماند تا lock آزاد شود.زمانی که متد release() از نمونه ی جدید lock صدا خورده می شود، lock یا قفل اعمال شده بر روی thread که دیگر کاربردی ندارد، آزاد می شود.مثال :#!/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 &quotStarting &quot + self.name # Get lock to synchronize threads threadLock.acquire() print_time(self.name, self.counter, 3) # Free lock to release next thread threadLock.release() def print_time(threadName, delay, counter): while counter: time.sleep(delay) print &quot%s: %s&quot % (threadName, time.ctime(time.time())) counter -= 1 threadLock = threading.Lock() threads = [] # Create new threads thread1 = myThread(1, &quotThread-1&quot, 1) thread2 = myThread(2, &quotThread-2&quot, 2) # Start new Threads thread1.start() thread2.start() # Add threads to thread list threads.append(thread1) threads.append(thread2) # Wait for all threads to complete for t in threads: t.join() print &quotExiting Main Thread&quotخروجی :Starting Thread-1 Starting Thread-2 Thread-1: Thu Mar 21 09:11:28 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:11:29 2013 Thread-1: Thu Mar 21 09:11:30 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:11:32 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:11:34 2013 Thread-2: Thu Mar 21 09:11:36 2013 Exiting Main Threadآموزش پایتون : پیاده سازی queue بوسیله multi thread در پایتونماژول Queue به توسعه دهنده این امکان را می دهد تا یک آبجکت queue جدید ایجاد کند که همزمان چندین آیتم را به طور صف بندی شده در خود کپسوله می نماید. برای مدیریت Queue می توانید از توابع زیر استفاده نمایید :تابع get() : متد جاری یک آیتم را حذف و از queue بازیابی می کند.تابع put() : این متد یک آیتم جدید را به queue اضافه می کند.تابع qsize() : تعداد آیتم هایی که در زمان حاضر داخل صف قرار دارند را به عنوان خروجی بازمی گرداند.تابع empty() : چنانچه صف یا آبجکت queue خالی بود، مقدار بولی True و در غیر این صورت False را بازمی گرداند.تابع full() : چنانچه آبجکت queue ظرفیت خالی نداشت، مقدار بولی True و در غیر این صورت False را بازگردانی می نماید.مثال :#!/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 &quotStarting &quot + self.name process_data(self.name, self.q) print &quotExiting &quot + self.name def process_data(threadName, q): while not exitFlag: queueLock.acquire() if not workQueue.empty(): data = q.get() queueLock.release() print &quot%s processing %s&quot % (threadName, data) else: queueLock.release() time.sleep(1) threadList = [&quotThread-1&quot, &quotThread-2&quot, &quotThread-3&quot] nameList = [&quotOne&quot, &quotTwo&quot, &quotThree&quot, &quotFour&quot, &quotFive&quot] queueLock = threading.Lock() workQueue = Queue.Queue(10) threads = [] threadID = 1 # Create new threads for tName in threadList: thread = myThread(threadID, tName, workQueue) thread.start() threads.append(thread) threadID += 1 # Fill the queue queueLock.acquire() for word in nameList: workQueue.put(word) queueLock.release() # Wait for queue to empty while not workQueue.empty(): pass # Notify threads it's time to exit exitFlag = 1 # Wait for all threads to complete for t in threads: t.join() print &quotExiting Main Thread&quotنتیجه :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 Threadبا دیگر مقالات آموزش پایتون همراه ما باشید...