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系统学习Python——并发模型和异步编程：基础实例-[使用线程实现旋转指针]

ops 2025/7/13 7:03:54

在讨论线程以及如何避免GIL的过程中，Python贡献者Michele Simionato发布了一个示例，可以看作演示并发的“Hello World”示例，即能展示Python“一心二用”最简单的程序。Simionato的程序使用的是multiprocessing，经过我们修改，又分别实现了使用threading和asyncio的版本。

接下来的示例的想法很简单：启动一个函数，阻塞3秒，期间在终端展示字符动画，让用户知道程序正在运转，没有停滞。这个脚本在界面上的相同位置依次显示字符串\|/-中的各个字符，实现旋转指针动画。当缓慢的计算结束后，旋转指针那一行内容清空，显示结果：Answer: 42。下面的代码是线程threading版本：

import itertools
import time
from threading import Thread, Eventdef spin(msg: str, done: Event) -> None:  # 这个函数将在单独的线程中运行。done参数的值是一个threading.Event实例，一个用于同步线程的简单对象。for char in itertools.cycle(r'\|/-'):  # 这是一个无限循环，因为itertools.cycle一次产出一个字符，一直反复迭代字符串。status = f'\r{char} {msg}'  # 用文本实现动画的技巧：使用ASCII回车符('\r')把光标移到行头。print(status, end='', flush=True)if done.wait(.1):  # 如果其他线程设置了这个事件，则Event.wait(timeout=None)方法返回True；经过timeout指定的时间后，返回False。这里把暂停时间设为0.1秒，作用是把动画的帧率设为10fps。如果我们希望指针旋转快一些，那就把暂停时间值设置小一些。break  # 退出无限循环。blanks = ' ' * len(status)print(f'\r{blanks}\r', end='')  # 退出无限循环。def slow() -> int:time.sleep(3) # slow()由主线程调用。假设有一个API调用通过网络发送，速度很慢。调用sleep阻塞主线程，但是GIL已被释放，因此指针还能继续旋转。return 42def supervisor() -> int:  #  supervisor返回slow的结果.done = Event()  # threading.Event实例是协调main线程和spinner线程活动的关键，详见下面的分析spinner = Thread(target=spin, args=('thinking!', done))  # 创建一个Thread实例，target关键字参数的值是一个函数，args参数的值是一个元组，即传给target函数的位置参数。print(f'spinner object: {spinner}')  # 显示spinner对象。输出是<Thread(Thread-1,initial)>，其中initial是线程的状态，表示尚未启动。spinner.start()  # 启动spinner线程。result = slow()  # 调用slow，阻塞main线程。同时，次线程运行旋转指针动画。done.set()  # 把Event标志设为True，终止spin函数中的for循环。spinner.join()  # 等待，直到spinner线程结束。return resultdef main() -> None:result = supervisor()  # 运行supervisor函数。之所以分别定义main和supervisor两个函数，是为了与后续中的asyncio版本保持对应。print(f'Answer: {result}')if __name__ == '__main__':main()

通过上面的示例，我们了解到的最重要的一点是，调用time.sleep()阻塞所在的线程，但是释放GIL，其他Python线程可以继续运行。

spin和slow两个函数并发执行。主线程（启动程序时唯一的线程）将启动一个新线程运行spin，然后调用slow。Python没有提供终止线程的API，如果想终止线程，则必须向线程发送相应的消息。在Python中，协调线程的信号机制，使用threading.Event类最简单。Event实例有一个内部布尔标志，开始时为False。调用Event.set()可把这个标志设为True。这个标志为False时，在一个线程中调用Event.wait()，该线程将被阻塞，直到另一个线程调用Event.set()，致使Event.wait()返回True。使用Event.wait(s)设置一个暂停时间（单位为秒），经过这段时间后，Event.wait(s)调用返回False，如果另一个线程调用Event. set()，则立即返回True。下面的示例中的supervisor函数使用一个Event实例向spin函数发送退出信号。