在Python中用于終止線(xiàn)程的兩個(gè)選項(xiàng)

我經(jīng)常被問(wèn)到如何殺死一個(gè)后臺(tái)線(xiàn)程，這個(gè)問(wèn)題的答案讓很多人不開(kāi)心: 線(xiàn)程是殺不死的。在本文中，我將向您展示Python中用于終止線(xiàn)程的兩個(gè)選項(xiàng)。

如果我們是一個(gè)好奇寶寶的話(huà)，可能會(huì)遇到這樣一個(gè)問(wèn)題，就是：如何殺死一個(gè)Python的后臺(tái)線(xiàn)程呢？我們可能?chē)L試解決這個(gè)問(wèn)題，卻發(fā)現(xiàn)線(xiàn)程是殺不死的。而本文中將展示，在Python中用于終止線(xiàn)程的兩個(gè)方式。

1. 線(xiàn)程無(wú)法結(jié)束

A Threaded Example

• 下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的，多線(xiàn)程的示例代碼。

import randomimport threadingimport time
def bg_thread():    for i in range(1, 30):        print(f'{i} of 30 iterations...')        time.sleep(random.random())  # do some work...    print(f'{i} iterations completed before exiting.')
th = threading.Thread(target=bg_thread)th.start()th.join()

• 使用下面命令來(lái)運(yùn)行程序，在下面的程序運(yùn)行中，當(dāng)跑到第7次迭代時(shí)，按下Ctrl-C來(lái)中斷程序，發(fā)現(xiàn)后臺(tái)運(yùn)行的程序并沒(méi)有終止掉。而在第13次迭代時(shí)，再次按下Ctrl-C來(lái)中斷程序，發(fā)現(xiàn)程序真的退出了。

$ python thread.py1 of 30 iterations...2 of 30 iterations...3 of 30 iterations...4 of 30 iterations...5 of 30 iterations...6 of 30 iterations...7 of 30 iterations...^CTraceback (most recent call last):  File "thread.py", line 14, in     th.join()  File "/Users/mgrinberg/.pyenv/versions/3.8.6/lib/python3.8/threading.py", line 1011, in join    self._wait_for_tstate_lock()  File "/Users/mgrinberg/.pyenv/versions/3.8.6/lib/python3.8/threading.py", line 1027, in _wait_for_tstate_lock    elif lock.acquire(block, timeout):KeyboardInterrupt8 of 30 iterations...9 of 30 iterations...10 of 30 iterations...11 of 30 iterations...12 of 30 iterations...13 of 30 iterations...^CException ignored in: Traceback (most recent call last):  File "/Users/mgrinberg/.pyenv/versions/3.8.6/lib/python3.8/threading.py", line 1388, in _shutdown    lock.acquire()KeyboardInterrupt:

• 這很奇怪，不是嗎？究其原因是，Python 有一些邏輯是會(huì)在進(jìn)程退出前運(yùn)行的，專(zhuān)門(mén)用來(lái)等待任何沒(méi)有被配置為守護(hù)線(xiàn)程的后臺(tái)線(xiàn)程結(jié)束，然后再把控制權(quán)真正交給操作系統(tǒng)。因此，該進(jìn)程在其主線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)收到到了中斷信號(hào)，并準(zhǔn)備退出。首先，它需要等待后臺(tái)線(xiàn)程運(yùn)行結(jié)束。但是，這個(gè)線(xiàn)程對(duì)中斷一無(wú)所知，這個(gè)線(xiàn)程只知道它需要在運(yùn)行結(jié)束前完成 30次迭代。

• Python 在退出過(guò)程中使用的等待機(jī)制有一個(gè)規(guī)定，當(dāng)收到第二個(gè)中斷信號(hào)時(shí)，就會(huì)中止。這就是為什么第二個(gè) Ctrl-C 會(huì)立即結(jié)束進(jìn)程。所以我們看到了，線(xiàn)程是不能被殺死！在下面的章節(jié)中，將向展示 Python 中的兩個(gè)方式，來(lái)使線(xiàn)程及時(shí)結(jié)束。

2. 使用守護(hù)進(jìn)程

Daemon Threads

• 在上面提到過(guò)，在Python退出之前，它會(huì)等待任何非守護(hù)線(xiàn)程的線(xiàn)程。而守護(hù)線(xiàn)程就是，一個(gè)不會(huì)阻止Python解釋器退出的線(xiàn)程。

• 如何使一個(gè)線(xiàn)程成為一個(gè)守護(hù)線(xiàn)程？所有的線(xiàn)程對(duì)象都有一個(gè)daemon屬性，可以在啟動(dòng)線(xiàn)程之前將這個(gè)屬性設(shè)置為True，然后該線(xiàn)程就會(huì)被視為一個(gè)守護(hù)線(xiàn)程。下面是上面的示例應(yīng)用程序，修改后守護(hù)線(xiàn)程版本:

import randomimport threadingimport time
def bg_thread():    for i in range(1, 30):        print(f'{i} of 30 iterations...')        time.sleep(random.random())  # do some work...    print(f'{i} iterations completed before exiting.')
th = threading.Thread(target=bg_thread)th.daemon = Trueth.start()th.join()

• 再次運(yùn)行它，并嘗試中斷它，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)執(zhí)行Ctrl-C后進(jìn)程立即就退出了。

~ $ python x.py1 of 30 iterations...2 of 30 iterations...3 of 30 iterations...4 of 30 iterations...5 of 30 iterations...6 of 30 iterations...^CTraceback (most recent call last):  File "thread.py", line 15, in     th.join()  File "/Users/mgrinberg/.pyenv/versions/3.8.6/lib/python3.8/threading.py", line 1011, in join    self._wait_for_tstate_lock()  File "/Users/mgrinberg/.pyenv/versions/3.8.6/lib/python3.8/threading.py", line 1027, in _wait_for_tstate_lock    elif lock.acquire(block, timeout):KeyboardInterrupt

• 那么這個(gè)線(xiàn)程會(huì)發(fā)生什么呢？線(xiàn)程繼續(xù)運(yùn)行，就像什么都沒(méi)發(fā)生一樣，直到Python進(jìn)程終止并返回到操作系統(tǒng)。這時(shí)，線(xiàn)程就不存在了。你可能認(rèn)為這實(shí)際上是一種殺死線(xiàn)程的方法，但要考慮到以這種方式殺死線(xiàn)程，你必須同時(shí)殺死進(jìn)程。

3. 使用事件對(duì)象

Python Events

• 使用守護(hù)線(xiàn)程，是一種避免在多線(xiàn)程程序中處理意外中斷的簡(jiǎn)單方法，但這是一種只在進(jìn)程退出的特殊情況下才有效的技巧。不幸的是，有些時(shí)候，一個(gè)應(yīng)用程序可能想結(jié)束一個(gè)線(xiàn)程而不必殺死自己。另外，有些線(xiàn)程可能需要在退出前執(zhí)行清理工作，而守護(hù)線(xiàn)程則不允許這樣操作。

• 那么，還有什么其他選擇呢？既然不可能強(qiáng)制線(xiàn)程結(jié)束，那么唯一的選擇就是給它添加邏輯，讓它在被要求退出時(shí)自愿退出。有多種方法都可以解決上述問(wèn)題，但我特別喜歡的一種方法，就是使用一個(gè)Event對(duì)象。

Event類(lèi)是由Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的線(xiàn)程模塊提供，你可以通過(guò)實(shí)例化類(lèi)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)事件對(duì)象，就像下面這個(gè)樣子:

exit_event = threading.Event()

• Event對(duì)象可以處于兩種狀態(tài)之一:set或not set。當(dāng)我們實(shí)例化創(chuàng)建之后，默認(rèn)事件并沒(méi)有被設(shè)置。

  • 若要將事件狀態(tài)更改為set，則可以調(diào)用set()方法；

  • 要查明是否設(shè)置了事件，使用is_set()方法，設(shè)置了則返回True;

  • 還可以使用wait()方法等待事件，等待操作阻塞直到設(shè)置事件(可以設(shè)置超時(shí))

• 其核心思路，就是在線(xiàn)程需要退出的時(shí)候設(shè)置事件。然后，線(xiàn)程需要經(jīng)常地檢查事件的狀態(tài)(通常是在循環(huán)中)，并在發(fā)現(xiàn)事件已經(jīng)設(shè)置時(shí)處理自己的終止。對(duì)于上面顯示的示例，一個(gè)好的解決方案是添加一個(gè)捕獲Ctrl-C中斷的信號(hào)處理程序，而不是突然退出，只需設(shè)置事件并讓線(xiàn)程優(yōu)雅地結(jié)束。

import randomimport signalimport threadingimport time
exit_event = threading.Event()
def bg_thread():    for i in range(1, 30):        print(f'{i} of 30 iterations...')        time.sleep(random.random())  # do some work...        if exit_event.is_set():            break    print(f'{i} iterations completed before exiting.')
def signal_handler(signum, frame):    exit_event.set()
signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)th = threading.Thread(target=bg_thread)th.start()th.join()

• 如果你嘗試中斷這個(gè)版本的應(yīng)用程序，一切看起來(lái)都會(huì)更好:

$ python thread.py1 of 30 iterations...2 of 30 iterations...3 of 30 iterations...4 of 30 iterations...5 of 30 iterations...6 of 30 iterations...7 of 30 iterations...^C7 iterations completed before exiting.

• 需要注意的是，中斷是如何被優(yōu)雅地處理的，以及線(xiàn)程能夠運(yùn)行在循環(huán)之后出現(xiàn)的代碼。如果當(dāng)線(xiàn)程需要在退出之前，關(guān)閉文件句柄或數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)，這種方式就非常有用了。其能夠在線(xiàn)程退出之前，運(yùn)行清理代碼有時(shí)是必要的，以避免資源泄漏。我在上面提到過(guò)，event對(duì)象也是可以等待的:

for i in range(1, 30):    print(f'{i} of 30 iterations...')    time.sleep(random.random())
    if exit_event.is_set():        break

• 在每個(gè)迭代中，都有一個(gè)對(duì)time.sleep()的調(diào)用，這將阻塞線(xiàn)程。如果在線(xiàn)程sleep時(shí)設(shè)置了退出事件，那么它就不能檢查事件的狀態(tài)，因此在線(xiàn)程能夠退出之前會(huì)有一個(gè)小的延遲。在這種情況下，如果有sleep，使用wait()方法將sleep與event對(duì)象的檢查結(jié)合起來(lái)會(huì)更有效:

   for i in range(1, 30):        print(f'{i} of 30 iterations...')        if exit_event.wait(timeout=random.random()):            break

• 這個(gè)解決方案有效地為提供了一個(gè)可中斷的sleep，因?yàn)樵诰€(xiàn)程停留在wait()調(diào)用的中間時(shí)設(shè)置了事件，那么等待將立即返回。

4. 總結(jié)陳述說(shuō)明

Conclusion

• 你知道Python中的event對(duì)象嗎？它們是比較簡(jiǎn)單的同步原語(yǔ)之一，不僅可以用作退出信號(hào)，而且在線(xiàn)程需要等待某些外部條件發(fā)生的許多其他情況下也可以使用。

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