柚子快報邀請碼778899分享：無涯教程-Ruby - 多線程

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傳統(tǒng)程序只有一個執(zhí)行線程，構(gòu)成該程序的語句或指令將順序執(zhí)行，直到程序終止。

多線程程序具有多個執(zhí)行線程。在每個線程中，語句是按順序執(zhí)行的，但是線程本身可以在如多核CPU上并行執(zhí)行。通常在單個CPU計算機上，實際上不是并行執(zhí)行多個線程，而是通過交錯執(zhí)行線程來模擬并行性。

Ruby使使用 Thread 類編寫多線程程序變得容易。 Ruby線程是在代碼中實現(xiàn)并發(fā)的輕量級高效方法。

創(chuàng)建線程

要啟動新線程，只需將一個塊與對 Thread.new的調(diào)用相關(guān)聯(lián)。將創(chuàng)建一個新線程來執(zhí)行塊中的代碼，原始線程將立即從 Thread.new 返回并使用下一條語句恢復(fù)執(zhí)行-

# Thread #1 is running here

Thread.new {

# Thread #2 runs this code

}

# Thread #1 runs this code

這是一個示例，顯示了如何使用多線程Ruby程序。

#!/usr/bin/ruby

def func1

i=0

while i<=2

puts "func1 at: #{Time.now}"

sleep(2)

i=i+1

end

end

def func2

j=0

while j<=2

puts "func2 at: #{Time.now}"

sleep(1)

j=j+1

end

end

puts "Started At #{Time.now}"

t1=Thread.new{func1()}

t2=Thread.new{func2()}

t1.join

t2.join

puts "End at #{Time.now}"

這將產(chǎn)生以下輸出-

Started At 2021-03-09 00:15:08 +0800

func1 at: 2021-03-09 00:15:08 +0800

func2 at: 2021-03-09 00:15:08 +0800

func2 at: 2021-03-09 00:15:09 +0800

func1 at: 2021-03-09 00:15:10 +0800

func2 at: 2021-03-09 00:15:10 +0800

func1 at: 2021-03-09 00:15:12 +0800

End at 2021-03-09 00:15:14 +0800

線程生命周期

使用 Thread.new?創(chuàng)建一個新線程。您還可以使用同義詞 Thread.start?和 Thread.fork?。

創(chuàng)建線程后無需啟動線程，它在CPU資源可用時自動開始運行。

Thread類定義了許多在線程運行時查詢和操作線程的方法。線程在與對 Thread.new的調(diào)用相關(guān)聯(lián)的塊中運行代碼，然后停止運行。

您可以通過調(diào)用特定線程的 Thread.join?方法來等待該線程完成。調(diào)用線程將阻塞，直到給定線程完成。

線程和異常

如果在主線程中引發(fā)了異常，并且沒有在任何地方處理異常，則Ruby解釋器將顯示一條消息并退出。在除主線程之外的其他線程中，未處理的異常會導(dǎo)致線程停止運行。

如果線程 t 由于未處理的異常而退出，而另一個線程 s 調(diào)用 t.join或t.value ，則發(fā)生的異常在 t 中在線程 s 中引發(fā)。

如果 Thread.abort_on_exception是 false (默認條件)，則未處理的異常只會殺死當(dāng)前線程，其余所有線程繼續(xù)運行。

如果希望任何線程中任何未處理的異常導(dǎo)致解釋器退出，請將類方法 Thread.abort_on_exception?設(shè)置為 true 。

t=Thread.new { ... }

t.abort_on_exception=true

線程變量

創(chuàng)建線程時，線程通常可以訪問范圍內(nèi)的任何變量。線程塊本地的變量是線程本地的，并且不共享。

線程類具有特殊的函數(shù)，該函數(shù)允許按名稱創(chuàng)建和訪問線程局部變量。您只需將線程對象視為哈希對象即可，使用[] =寫入元素，然后使用[]讀回它們。

在此示例中，每個線程都使用鍵 mycount 將變量計數(shù)的當(dāng)前值記錄在一個線程局部變量中。

#!/usr/bin/ruby

count=0

arr=[]

10.times do |i|

arr[i]=Thread.new {

sleep(rand(0)/10.0)

Thread.current["mycount"]=count

count += 1

}

end

arr.each {|t| t.join; print t["mycount"], ", " }

puts "count=#{count}"

這產(chǎn)生以下輸出-

8, 0, 3, 7, 2, 1, 6, 5, 4, 9, count=10

主線程等待子線程完成，然后打印出每個子線程捕獲的 count 值。

線程優(yōu)先級

影響線程調(diào)度的第一個因素是線程優(yōu)先級:高優(yōu)先級線程先于低優(yōu)先級線程進行調(diào)度。更準(zhǔn)確地說，只有在沒有更高優(yōu)先級的線程等待運行時，線程才會獲得CPU時間。

您可以使用 priority=和 priority 設(shè)置和查詢Ruby Thread對象的優(yōu)先級。新創(chuàng)建的線程與創(chuàng)建它的線程具有相同的優(yōu)先級。主線程從優(yōu)先級0開始。

線程鎖

如果兩個線程共享對同一數(shù)據(jù)的訪問，并且至少有一個線程修改了該數(shù)據(jù)，則必須格外小心，以確保沒有一個線程能夠看到處于不一致狀態(tài)的數(shù)據(jù)。這稱為線程排除。

Mutex 是一個實現(xiàn)簡單信號燈鎖的類，用于互斥訪問某些共享資源。也就是說，在給定的時間只有一個線程可以持有該鎖。其他線程可能選擇排隊等待該鎖可用，或者可能只是選擇立即獲得一個指示該鎖不可用的錯誤。

通過將對共享數(shù)據(jù)的所有訪問置于 mutex 的控制之下，無涯教程確保了一致性和原子操作。讓無涯教程嘗試示例，第一個不帶mutax，第二個帶mutax-

無Mutax鎖

#!/usr/bin/ruby

require thread

count1=count2=0

difference=0

counter=Thread.new do

loop do

count1 += 1

count2 += 1

end

end

spy=Thread.new do

loop do

difference += (count1 - count2).abs

end

end

sleep 1

puts "count1 : #{count1}"

puts "count2 : #{count2}"

puts "difference : #{difference}"

這將產(chǎn)生以下輸出-

count1 : 1583766

count2 : 1583766

difference : 0

有Mutax鎖

#!/usr/bin/ruby

require thread

mutex=Mutex.new

count1=count2=0

difference=0

counter=Thread.new do

loop do

mutex.synchronize do

count1 += 1

count2 += 1

end

end

end

spy=Thread.new do

loop do

mutex.synchronize do

difference += (count1 - count2).abs

end

end

end

sleep 1

mutex.lock

puts "count1 : #{count1}"

puts "count2 : #{count2}"

puts "difference : #{difference}"

這將產(chǎn)生以下輸出-

count1 : 696591

count2 : 696591

difference : 0

處理死鎖

當(dāng)開始使用 Mutex 對象進行線程排除時，必須小心避免 deadlock 。死鎖是所有線程都在等待獲取另一個線程擁有的資源時發(fā)生的情況。由于所有線程均被阻止，因此它們無法釋放所持有的鎖。并且由于它們無法釋放鎖，因此其他線程也無法獲取這些鎖。

這是條件變量出現(xiàn)的地方。 條件變量只是與資源相關(guān)聯(lián)的信號量，并用于保護特定 mutex 。當(dāng)您需要不可用的資源時，請等待條件變量。該操作將釋放對相應(yīng) mutex 的鎖定。當(dāng)其他一些線程發(fā)出信號指示資源可用時，原始線程將退出等待狀態(tài)，并同時重新獲得對關(guān)鍵區(qū)域的鎖定。

#!/usr/bin/ruby

require thread

mutex=Mutex.new

cv=ConditionVariable.new

a=Thread.new {

mutex.synchronize {

puts "A: I have critical section, but will wait for cv"

cv.wait(mutex)

puts "A: I have critical section again! I rule!"

}

}

puts "(Later, back at the ranch...)"

b=Thread.new {

mutex.synchronize {

puts "B: Now I am critical, but am done with cv"

cv.signal

puts "B: I am still critical, finishing up"

}

}

a.join

b.join

這將產(chǎn)生以下輸出-

A: I have critical section, but will wait for cv

(Later, back at the ranch...)

B: Now I am critical, but am done with cv

B: I am still critical, finishing up

A: I have critical section again! I rule!

線程狀態(tài)

下表顯示了與五個可能狀態(tài)相對應(yīng)的五個可能返回值。 status 方法返回線程的狀態(tài)。

線程狀態(tài)返回值Runnable運行中Sleeping休眠中Aborting已停止Terminated normally falseTerminated with exceptino nil

線程類方法

Thread 類提供了以下方法，它們適用于程序中所有可用的線程。這些方法將被稱為使用 Thread 類名，如下所示-

Thread.abort_on_exception=true

線程方法

這些方法適用于線程的。這些方法將被稱為使用 Thread 的，如下所示-

#!/usr/bin/ruby

thr=Thread.new do # Calling a class method new

puts "In second thread"

raise "Raise exception"

end

thr.join # Calling an instance method join

公開方法

MethodDescriptionabort_on_exception它返回全局“abort on exception”條件的狀態(tài)。默認值為true。設(shè)置為true時，如果任何線程中引發(fā)異常，則所有線程將中止。abort_on_exception=設(shè)置為true時，如果引發(fā)異常，則所有線程將中止。它返回新狀態(tài)。current它返回當(dāng)前正在執(zhí)行的線程。exclusive{block}它將塊包裝為單個，返回塊的值。exit它終止當(dāng)前正在運行的線程并安排另一個線程運行。kill(thread)它導(dǎo)致給定線程退出。fork([args]*){|args| block}它基本上與::new方法相同。handle_interrupt(hash){...}更改異步中斷時序。list返回可運行或已停止的所有線程的線程對象數(shù)組。main返回主線程。new{...}/ new(*args, &proc)/ new(*args){|args|...}它創(chuàng)建一個執(zhí)行給定塊的新線程。pass它為線程調(diào)度程序提供了將執(zhí)行傳遞給另一個線程的提示。正在運行的線程可能會切換，也可能不會切換，這取決于操作系統(tǒng)。pending_interrupt?(error = nil)它返回異步隊列是否為空。start([args]*){|args|block}它基本上與::new方法相同。stop它停止當(dāng)前線程的執(zhí)行，使其進入“sleep”睡眠狀態(tài)并計劃另一個線程的執(zhí)行。

公共實例方法

MethodDescriptionthr[sym]它使用字符串或符號名稱返回線程局部變量的值。thr[sym]=它使用字符串或符號名稱創(chuàng)建線程局部變量的值。abort_on_exception它返回線程的“異常終止”狀態(tài)。abort_on_exception=設(shè)置為true時，如果此線程中引發(fā)異常，則所有線程將中止。add_trace_func(proc)將proc添加為跟蹤處理程序。alive?如果線程正在運行或正在睡眠，則返回true。backtrace它返回當(dāng)前目標(biāo)的回溯。backtrace_locations(*args)它返回前面目標(biāo)的執(zhí)行堆棧。exit/kill/terminate它終止線程并執(zhí)行另一個線程來運行。group它返回包含給定線程的ThreadGroup或返回nil。inspect它將thr的名稱，id和狀態(tài)轉(zhuǎn)儲到字符串中。join調(diào)用線程將暫停執(zhí)行并運行此程序。key?(sym)如果給定的字符串作為線程局部變量存在，則返回true。keys它返回一個線程局部變量名稱的數(shù)組。pending_interrupt?(error=nil)返回異步隊列對于目標(biāo)線程是否為空。priority它返回線程的優(yōu)先級。priority=它將線程的優(yōu)先級設(shè)置為整數(shù)。kill它的作用與退出相同。raise它從給定線程中引發(fā)異常。run它喚醒線程，使它有資格進行調(diào)度。safe_level它返回線程有效的安全級別。set_trace_func(proc)它在線程上建立proc作為處理程序。status它返回線程的狀態(tài)。stop?如果線程正在休眠或已死，則返回true。terminate它終止線程并安排另一個線程運行。thread_variable?(key)如果給定的字符串作為線程局部變量存在，則返回true。thread_variable_get(key)t返回已設(shè)置的線程局部變量的值。thread_variable_set(key, value)將本地線程的鍵設(shè)置為value。thread_variable它返回線程局部變量的數(shù)組。value它使用連接等待線程完成，并返回其值。wakeup使給定線程有資格進行調(diào)度，盡管該線程可能仍在I/O上處于阻塞狀態(tài)。

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