改变 Python 中线程执行顺序的方法

1. 前言

Python 是一门高级编程语言，支持多线程编程，但是多线程编程时要注意线程之间的执行顺序，否则可能会造成线程之间的竞争条件。

2. Python 中的线程

Python 中的线程有两种方式：

2.1 使用 threading 模块

使用 threading 模块来创建和管理线程。以下是一个简单的例子：

import threading
def worker():
    print('Worker')
threads = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker)
    threads.append(t)
    t.start()

以上代码将会启动 5 个线程执行函数 worker。

2.2 使用 concurrent.futures 模块

concurrent.futures 模块将会更方便的管理线程，以下是一个简单的例子：

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
def worker():
    print('Worker')
with ThreadPoolExecutor(max_workers=5) as executor:
    for i in range(5):
        future = executor.submit(worker)

以上代码也将会启动 5 个线程执行函数 worker。

3. 改变线程执行顺序

虽然 Python 中的线程可以很方便的创建和管理，但是线程之间的执行顺序是不能控制的，取决于操作系统的调度。但是可以通过一些方式来改变线程的执行顺序。

3.1 使用 join()

join() 方法可以阻塞主线程，等待所有子线程执行完成，以下是一个例子：

import threading
def worker(i):
    print(f'Worker {i}')
threads = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker, args=(i,))
    threads.append(t)
    t.start()
for t in threads:
    t.join()

以上代码将会按顺序输出每个工作线程的名称。

3.2 使用锁

锁是一种同步机制，可以防止多个线程同时访问共享资源。以下是一个例子：

import threading
lock = threading.Lock()
counter = 0
def worker():
    global counter
    lock.acquire()
    counter += 1
    lock.release()
threads = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker)
    threads.append(t)
    t.start()
for t in threads:
    t.join()
print(f'Counter: {counter}')

以上代码将会对一个计数器进行加一操作，使用锁来控制线程的访问。

3.3 使用条件变量

条件变量是一种同步机制，可以在不同线程间传递信息。以下是一个例子：

import threading
data = None
cv = threading.Condition()
def producer():
    global data
    with cv:
        data = 'Product'
        cv.notify_all()
def consumer():
    global data
    with cv:
        while data is None:
            cv.wait()
        print(data)
threads = []
t1 = threading.Thread(target=producer)
t2 = threading.Thread(target=consumer)
threads.append(t1)
threads.append(t2)
for t in threads:
    t.start()
for t in threads:
    t.join()

以上代码将会在生产者和消费者之间传递数据。

3.4 使用队列

队列是一种同步机制，可以安全地在多个线程间传递数据。以下是一个例子：

import queue
import threading
q = queue.Queue()
def worker():
    while True:
        item = q.get()
        if item is None:
            break
        print(item)
        q.task_done()
threads = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker)
    threads.append(t)
    t.start()
for i in range(10):
    q.put(f'Item {i}')
q.join()
for i in range(5):
    q.put(None)
for t in threads:
    t.join()

以上代码将会在多个线程之间安全地传递数据，使用了队列来同步线程的执行顺序。

4. 总结

Python 中的多线程编程可以很方便的创建和管理，但是线程之间的执行顺序是不能控制的。本文介绍了几种改变线程执行顺序的方法，包括使用 join()、锁、条件变量和队列等同步机制。