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3 - 线程 - Windows 10 - Python - 守护线程 _ 后台线程 _ 精灵线程

发布时间 2023-03-24 16:51:45作者: Loki_Severus

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测试环境：

操作系统： Window 10
工具：Pycharm
Python: 3.7

一、守护线程 / 后台线程 / 精灵线程

首先讲解守护线程。

有一种线程，它是在后台运行的，它的任务是为其他线程提供服务，这种线程被称为“后台线程（Daemon Thread）”，又称为“守护线程”或“精灵线程”。Python 解释器的垃圾回收线程就是典型的后台线程。

后台线程有一个特征，如果所有的前台线程都死亡了，那么后台线程会自动死亡。

用 python 的 Threading 模块调用 Thread 对象的 daemon属性可以将指定线程设置成后台线程。
下面程序将指定线程设置成后台线程，可以看到当所有的前台线程都死亡后，后台线程随之死亡。当运行的程序中只剩下后台线程时，程序就没有继续运行的必要了，所以程序也就退出了。
所有的线程 —— 主线程/子线程 默认 daemon 配置为 False

我个人有趣的见解是，既然是守护，那么如果公主凉了，骑士也得跟着凉，所以就叫守护线程，如果不是守护，那么各自过自己的生活(主线程执行完了，子线程也不用跟着退出，可以完成自己的任务)，互不干涉，除非是在同一个房子里(调用同一个函数)，那就得要有一把锁(线程锁)，每人住一天(每个线程拿到线程锁)。

前/后台线程代码演示：

import threading

# 定义后台子线程的线程执行体与普通线程没有任何区别
def action(max):
    for i in range(max):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
        
# 指定创建的子线程的运行函数是 action，参数是元组 () 内容是 100 , 线程名为 后台线程
t = threading.Thread(target=action, args=(100,), name='后台线程')  

# 将此线程设置成后台子线程/后台线程
# 也可在创建Thread对象时通过daemon参数将其设为后台子线程/后台线程
t.daemon = True

# 启动后台子线程/后台线程
t.start()  # 相当于是执行 action() 方法

for i in range(10):  # 运行到 10 则结束主线程
    print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
# -----程序执行到此处，前台线程（主线程）结束------
# 后台子线程/后台线程也应该随之结束

运行结果：
在这里插入图片描述
其实在这里应该是在主线程这里开了一个子线程，然后在设置子线程为后台线程，这种方法有别于 线程的 join() 方法，join()方法是子线程特有的堵塞主线程的方法，只有等待指定的子线程执行完毕了，主线程才能继续运行接下来的代码，注意这里是哪个线程使用了 join() 方法，那么主线程就得等这个子线程执行完毕了，才能继续运行后面的程序。

回归正题，这里的子线程 daemon 参数最为特殊的一点是，它主要的服务对象是主线程和子线程，统称为前台线程，只要所有的前台线程都结束运行了，那么后台线程也必须退出运行，我举个代码例子，应该就稍微有点理解了。

下面的代码需要一点其他知识，链接如下：
Python - 线程 - 重定向重构方法

前/后台线程代码演示：
(代码内存在两个同名同参的方法 action(max)，也就是上面提到的重定向重构方法)

import threading

# 定义后台子线程的线程执行体与普通线程没有任何区别
def action(max):
    for i in range(max):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
        
# 指定创建的子线程的运行函数是 action，参数是元组 () 内容是 100 , 线程名为 后台线程
t = threading.Thread(target=action, args=(100,), name='后台线程')  

# 将此线程设置成后台子线程/后台线程
# 也可在创建Thread对象时通过daemon参数将其设为后台子线程/后台线程
t.daemon = True

# 启动后台子线程/后台线程
t.start()  # 相当于是执行 action() 方法

# 定义后台子线程的线程执行体与普通线程没有任何区别
def action(max):
    for i in range(max):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
        
# 指定创建的子线程的运行函数是 action，参数是元组 () 内容是 100 , 线程名为 后台线程
t1 = threading.Thread(target=action, args=(100,), name='普通线程') 
t1.start()  # 相当于是执行 action() 方法

for i in range(10):  # 运行到 10 则结束主线程
    print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
# -----程序执行到此处，前台线程（主线程）结束------
# 后台子线程/后台线程也应该随之结束

运行结果：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
看到结果了吗？有时候感觉挺玄学的，在运行结果中，后台线程和普通线程(前台线程)有时候是可以一起运行结束并退出的，但是假如普通线程(前台线程 —— 主线程/子线程)比后台线程运行的速度还要更快，那就只能强制退出后台线程了，因此就会出现这样的错误。看着似乎挺乱的，其实只要知道了，多线程的运行是交替执行的，尤其是这里的Python线程，用的还是 Cpython 解释器，实际上是并发执行线程的。

如果你看到界面的显示是一行一行的显示的，就猜到是交替执行的，只不过会显示的很快，不过也不能这么说线程就一定是交替执行的，只不过这里的python线程，应该说是 Cpython 解释器，的确是个挺奇葩的存在，因为它内部的机制 GIL，所以根本没法用线程并行，别被什么线程就一定是并行的说法给弄乱了，实际上python的多线程是并发执行的。除非换个解释器，比如Jpython之类的，不过目前主流的解释器是Cpython，当然还有一个办法是使用 CPython解释器的多进程方法来规避多线程并发，这个时候就能使用多线程并行了。

就像下面这样，后台线程和前台线程都能执行完毕，但是呢，要知道Cpython解释器 的多线程其实是并发的(由于解释器的内部机制GIL，还有一个进程只能有一个 GIL)，这个线程交替执行有点玄学概念，子线程的运行，可能需要靠运气才能实现，靠抢的，靠运气的，获取Cpython解释器 的GIL，才能得到进入CPU 的机会，因此得以运行子线程。

GIL 参考链接：进程与线程 - CPython 解释器 - 多线程并行(实际并发)

后台和前台线程能够一起完成运行，如下所示：
在这里插入图片描述
还有一个更加直观的测试方法，看出前台线程没有运行了，那么后台线程也得跟着退出运行，即使后台线程没执行完毕，修改前台线程代码内循环 100 次，改为 50次，而后台线程循环 100 次不变，代码如下所示：

import threading

# 定义后台子线程的线程执行体与普通线程没有任何区别
def action(max):
    for i in range(max):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
        
# 指定创建的子线程的运行函数是 action，参数是元组 () 内容是 100 , 线程名为 后台线程
t = threading.Thread(target=action, args=(100,), name='后台线程')  

# 将此线程设置成后台子线程/后台线程
# 也可在创建Thread对象时通过daemon参数将其设为后台子线程/后台线程
t.daemon = True

# 启动后台子线程/后台线程
t.start()  # 相当于是执行 action() 方法

# 定义后台子线程的线程执行体与普通线程没有任何区别
def action(max):
    for i in range(max):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
        
# 指定创建的子线程的运行函数是 action，参数是元组 () 内容是 100 , 线程名为 后台线程
t1 = threading.Thread(target=action, args=(50,), name='普通线程') 
t1.start()  # 相当于是执行 action() 方法

for i in range(10):  # 运行到 10 则结束主线程
    print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
# -----程序执行到此处，前台线程（主线程）结束------
# 后台子线程/后台线程也应该随之结束

运行结果：
可以看到下面的 MainThread 9 其实就是主线程，运行了第10 次的结果(从 0 开始计数)，因为主线程号从0开始的，可以看到主线程运行完毕了，子线程(普通线程)还在运行着，这里的子线程(普通线程)属于前台线程，运行到了第 50 次 ，而后台线程却只是运行到了第 60 次 ，因为子线程(普通线程)运行了 50 次，程序需要退出运行了，后台线程就被强制退出运行，后面的 40 次循环，就没能运行下去。
在这里插入图片描述
后台线程被强制退出运行，40次循环的计划被取消了
在这里插入图片描述
可以看到后台线程没法完成 100 次的循环，而普通线程(前台线程)率先完成了 50 次的循环，所以后台线程没法独立存在，只能是依托于前台线程(主线程与子线程/普通线程)，类似于作为精灵女仆存在 —— 作为服务存在，所以不知道为啥，会叫精灵线程呢？这个有待考证，o(￣︶￣)o ，有结果了，会补充说明下。

二、创建精灵线程的方法

那么该如何创建一个精灵呢？

这里提供两个方法，一种是参数法，一种是函数法。

参数法：

就是上面使用的 t.daemon = True 赋予 True ，就是指定该线程为 守护线程 / 后台线程 / 精灵线程

函数法：

利用线程带有的 setDaemon(True) 方法，将线程设置为 守护线程 / 后台线程 / 精灵线程
具体实现 t.setDaemon(True)
实际上函数法是将参数 daemon 设置为 True ，没太大神秘。

代码演示：
可以把 #t.daemon = True 注释去掉进行测试

import threading

# 定义后台子线程的线程执行体与普通线程没有任何区别
def action(max):
    for i in range(max):
        print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
        print(t.daemon)
        
# 指定创建的子线程的运行函数是 action，参数是元组 () 内容是 100 , 线程名为 后台线程
t = threading.Thread(target=action, args=(100,), name='后台线程')  

# 将此线程设置成后台子线程/后台线程
# 也可在创建Thread对象时通过daemon参数将其设为后台子线程/后台线程

#t.daemon = True
t.setDaemon(True)

# 启动后台子线程/后台线程
t.start()  # 相当于是执行 action() 方法


for i in range(10):  # 运行到 10 则结束主线程
    print(threading.current_thread().name + "  " + str(i))
# -----程序执行到此处，前台线程（主线程）结束------
# 后台子线程/后台线程也应该随之结束

注意，当前台线程死亡后，Python 解释器会通知后台线程死亡，但是从它接收指令到做出响应需要一定的时间。如果要将某个线程设置为后台线程，则必须在该线程启动之前进行设置。也就是说，将 daemon 属性设为 True，必须在 start() 方法调用之前进行，否则会引发 RuntimeError 异常。

参考链接

CPython - 理解伪多线程中 join() 和 sleep() 的作用

进程与线程 - CPython 解释器 - 多线程并行(实际并发)