传统程序有一个单独的线程执行,包含该程序的语句或指令顺序执行直到程序终止。
一个多线程的程序有多个线程的执行。在每个线程是按顺序执行的,但是在多核CPU机器上线程可能并行地执行。例如,通常情况下在单一CPU的机器,多个线程实际上不是并行执行的,而是模拟并行交叉的线程的执行。
Ruby的可以使用 Thread 类很容易地编写多线程程序。 Ruby线程是一个轻量级的和高效的在代码中实现并行性。
创建Ruby线程:
要启动一个新线程,关联一个块通过调用Thread.new。将创建一个新的线程执行的代码块,原始线程将立即从Thread.new返回并继续执行下一个语句:
# Thread #1 is running here Thread.new { # Thread #2 runs this code } # Thread #1 runs this code
例如:
这里是一个例子说明,我们如何能够利用多线程的Ruby的程序。
#!/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}"
这将产生以下结果:
Started At Wed May 14 08:21:54 -0700 2008 func1 at: Wed May 14 08:21:54 -0700 2008 func2 at: Wed May 14 08:21:54 -0700 2008 func2 at: Wed May 14 08:21:55 -0700 2008 func1 at: Wed May 14 08:21:56 -0700 2008 func2 at: Wed May 14 08:21:56 -0700 2008 func1 at: Wed May 14 08:21:58 -0700 2008 End at Wed May 14 08:22:00 -0700 2008
线程的生命周期:
创建一个新的线程用 Thread.new。也可以使用了同义词用 Thread.Start 和 Thread.fork。
没有必要启动一个线程在它被创建后,它会自动开始运行时,CPU 资源成为可用。
Thread 类定义了一些方法来查询和处理的线程在运行时。运行一个线程块中的代码调用Thread.new,然后它停止运行。
该块中的最后一个表达式的值是线程的值,可以通过调用 Thread对象值的方法。如果线程运行完成,则该值为线程的返回值。否则,该值方法会阻塞不会返回,直到该线程已完成。
类方法Thread.current返回代表当前线程的 Thread对象。这允许线程操纵自己。类方法 Thread.main返回线程对象代表主线程,thread.this初始线程开始执行Ruby程序开始时。
可以等待一个特定的线程通过调用该线程的Thread.Join方法来完成。调用线程将被阻塞,直到给定线程完成。
线程和异常:
如果在主线程中引发一个异常,并没有任何地方处理,Ruby解释器打印一条消息并退出。在主线程以外的其他线程,未处理的异常导致线程停止运行。
如果线程 t 退出,因为未处理的异常,而另一个线程调用t.join或t.value,那么所发生的异常在 t 中提出的线程 s。
如果 Thread.abort_on_exception 为 false,默认情况下,出现未处理的异常只是杀死当前线程和所有其余的继续运行。
如果想在任何线程中的任何未处理的异常导致解释退出中,设置类方法Thread.abort_on_exception 为 true。
t = Thread.new { ... } t.abort_on_exception = true
线程变量:
一个线程可以正常访问是在范围内的任何变量的线程被创建时。一个线程块的局部变量是线程的局部,而不是共享。
Thread类提供一个特殊的功能,允许通过名称来创建和存取线程局部变量。只需把线程对象,如果它是一个Hash,写入元素使用[] =和读取他们带回使用[]。
在这个例子中,每个线程记录计数变量的当前值与该键mycount的一个threadlocal变量。
#!/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}"
这将产生下面的结果:
8, 0, 3, 7, 2, 1, 6, 5, 4, 9, count = 10
主线程等待子线程完成,然后打印出每个捕获count的值。
线程优先级:
影响线程调度的第一因素,是线程的优先级:高优先级线程之前计划的低优先级的线程。更确切地说,一个线程将只获得CPU时间,如果没有更高优先级的线程等待运行。
可以设置和查询一个Ruby线程对象的优先级=和优先级的优先级。新创建的线程开始在相同的优先级的线程创建它。启动主线程优先级为0。
没有任何方法设置线程优先级在开始运行前。然而,一个线程可以提高或降低自己的优先级的第一次操作。
线程排斥:
如果两个线程共享访问相同的数据,至少有一个线程修改数据,你必须要特别小心,以确保任何线程都不能看到数据处于不一致的状态。这称为线程排除。
Mutex类是一些共享资源的互斥访问,实现了一个简单的信号锁定。即,只有一个线程可持有的锁在给定时间。其他线程可能选择排队等候的锁变得可用,或者可以简单地选择立即得到错误,表示锁定不可用。
通过将所有访问共享数据的互斥体的控制下,我们确保一致性和原子操作。我们的尝试例子,第一个无需mutax,第二个使用mutax:
无需Mutax的例子:
#!/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}"
这将产生以下结果:
count1 : 1583766 count2 : 1583766 difference : 637992 #!/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}"
这将产生以下结果:
count1 : 696591 count2 : 696591 difference : 0
处理死锁:
当我们开始使用互斥对象的线程排除,我们必须小心地避免死锁。死锁的情况发生时,所有线程正在等待获取另一个线程持有的资源。因为所有的线程被阻塞,他们不能释放其所持有的锁。因为他们可以不释放锁,其它线程不能获得这些锁。
一个条件变量仅仅是一个信号,与资源相关联,并用于特定互斥锁的保护范围内的。当需要一个资源不可用,等待一个条件变量。这一行动释放相应的互斥锁。当一些其他线程发送信号的资源是可用的,原来的线程来等待,并同时恢复上的锁临界区。
例子:
#!/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
这将产生以下结果:
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!
线程状态:
有五种可能的返回值对应于下表中所示的5个可能的状态。该的状态方法返回的线程状态。
Thread类提供以下方法,它们适用程序的所有线程。这些方法它们使用Thread类的名称来调用,如下所示:
Thread.abort_on_exception = true
这里是所有类方法的完整列表:
线程实例方法:
这些方法是适用于一个线程的一个实例。这些方法将被调用,使用一个线程的一个实例如下:
#!/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
这里是所有实例方法的完整列表:
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