Python线程之定位与销毁的实现

背景

开工前我就觉得有什么不太对劲，感觉要背锅。这可不，上班第三天就捅锅了。

我们有个了不起的后台程序，可以动态加载模块，并以线程方式运行，通过这种形式实现插件的功能。而模块更新时候，后台程序自身不会退出，只会将模块对应的线程关闭、更新代码再启动，6 得不行。

于是乎我就写了个模块准备大展身手，结果忘记写退出函数了，导致每次更新模块都新创建一个线程，除非重启那个程序，否则那些线程就一直苟活着。

这可不行啊，得想个办法清理呀，要不然怕是要炸了。

那么怎么清理呢？我能想到的就是两步走：

• 找出需要清理的线程号 tid；
• 销毁它们；

找出线程id

和平时的故障排查相似，先通过 ps 命令看看目标进程的线程情况，因为已经是 setname 设置过线程名，所以正常来说应该是看到对应的线程的。 直接用下面代码来模拟这个线程：

python 版本的多线程

#coding: utf8
import threading
import os
import time

def tt():
  info = threading.currentthread()
  while true:
    print 'pid: ', os.getpid()
    print info.name, info.ident
    time.sleep(3)

t1 = threading.thread(target=tt)
t1.setname('oooooppppp')
t1.setdaemon(true)
t1.start()

t2 = threading.thread(target=tt)
t2.setname('eeeeeeeee')
t2.setdaemon(true)
t2.start()


t1.join()
t2.join()

输出:

root@10-46-33-56:~# python t.py
pid: 5613
oooooppppp 139693508122368
pid: 5613
eeeeeeeee 139693497632512
...

可以看到在 python 里面输出的线程名就是我们设置的那样，然而 ps 的结果却是令我怀疑人生：

root@10-46-33-56:~# ps -tp 5613
pid spid tty time cmd
5613 5613 pts/2 00:00:00 python
5613 5614 pts/2 00:00:00 python
5613 5615 pts/2 00:00:00 python

正常来说不该是这样呀，我有点迷了，难道我一直都是记错了？用别的语言版本的多线程来测试下：

c 版本的多线程

#include<stdio.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<sys/prctl.h>
#include<pthread.h>

void *test(void *name)
{  
  pid_t pid, tid;
  pid = getpid();
  tid = syscall(__nr_gettid);
  char *tname = (char *)name;
  
  // 设置线程名字
  prctl(pr_set_name, tname);
  
  while(1)
  {
    printf("pid: %d, thread_id: %u, t_name: %s\n", pid, tid, tname);
    sleep(3);
  }
}

int main()
{
  pthread_t t1, t2;
  void *ret;
  pthread_create(&t1, null, test, (void *)"love_test_1");
  pthread_create(&t2, null, test, (void *)"love_test_2");
  pthread_join(t1, &ret);
  pthread_join(t2, &ret);
}

输出：

root@10-46-33-56:~# gcc t.c -lpthread && ./a.out
pid: 5575, thread_id: 5577, t_name: love_test_2
pid: 5575, thread_id: 5576, t_name: love_test_1
pid: 5575, thread_id: 5577, t_name: love_test_2
pid: 5575, thread_id: 5576, t_name: love_test_1
...

用 ps 命令再次验证：

root@10-46-33-56:~# ps -tp 5575
pid spid tty time cmd
5575 5575 pts/2 00:00:00 a.out
5575 5576 pts/2 00:00:00 love_test_1
5575 5577 pts/2 00:00:00 love_test_2

这个才是正确嘛，线程名确实是可以通过 ps 看出来的嘛！

不过为啥 python 那个看不到呢？既然是通过 setname 设置线程名的，那就看看定义咯：

[threading.py]
class thread(_verbose):
  ...
  @property
  def name(self):
    """a string used for identification purposes only.

    it has no semantics. multiple threads may be given the same name. the
    initial name is set by the constructor.

    """
    assert self.__initialized, "thread.__init__() not called"
    return self.__name
  def setname(self, name):
    self.name = name
  ...

看到这里其实只是在 thread 对象的属性设置了而已，并没有动到根本，那肯定就是看不到咯~

这样看起来，我们已经没办法通过 ps 或者 /proc/ 这类手段在外部搜索 python 线程名了，所以我们只能在 python 内部来解决。

于是问题就变成了，怎样在 python 内部拿到所有正在运行的线程呢？

threading.enumerate 可以完美解决这个问题！why?

because 在下面这个函数的 doc 里面说得很清楚了，返回所有活跃的线程对象，不包括终止和未启动的。

[threading.py]

def enumerate():
  """return a list of all thread objects currently alive.

  the list includes daemonic threads, dummy thread objects created by
  current_thread(), and the main thread. it excludes terminated threads and
  threads that have not yet been started.

  """
  with _active_limbo_lock:
    return _active.values() + _limbo.values()

因为拿到的是 thread 的对象，所以我们通过这个能到该线程相关的信息！

请看完整代码示例：

#coding: utf8

import threading
import os
import time


def get_thread():
  pid = os.getpid()
  while true:
    ts = threading.enumerate()
    print '------- running threads on pid: %d -------' % pid
    for t in ts:
      print t.name, t.ident
    print
    time.sleep(1)
    
def tt():
  info = threading.currentthread()
  pid = os.getpid()
  while true:
    print 'pid: {}, tid: {}, tname: {}'.format(pid, info.name, info.ident)
    time.sleep(3)
    return

t1 = threading.thread(target=tt)
t1.setname('thread-test1')
t1.setdaemon(true)
t1.start()

t2 = threading.thread(target=tt)
t2.setname('thread-test2')
t2.setdaemon(true)
t2.start()

t3 = threading.thread(target=get_thread)
t3.setname('checker')
t3.setdaemon(true)
t3.start()

t1.join()
t2.join()
t3.join()

输出：

root@10-46-33-56:~# python t_show.py
pid: 6258, tid: thread-test1, tname: 139907597162240
pid: 6258, tid: thread-test2, tname: 139907586672384

------- running threads on pid: 6258 -------
mainthread 139907616806656
thread-test1 139907597162240
checker 139907576182528
thread-test2 139907586672384

------- running threads on pid: 6258 -------
mainthread 139907616806656
thread-test1 139907597162240
checker 139907576182528
thread-test2 139907586672384

------- running threads on pid: 6258 -------
mainthread 139907616806656
thread-test1 139907597162240
checker 139907576182528
thread-test2 139907586672384

------- running threads on pid: 6258 -------
mainthread 139907616806656
checker 139907576182528
...

代码看起来有点长，但是逻辑相当简单，thread-test1 和 thread-test2 都是打印出当前的 pid、线程 id 和 线程名字，然后 3s 后退出，这个是想模拟线程正常退出。

而 checker 线程则是每秒通过 threading.enumerate 输出当前进程内所有活跃的线程。

可以明显看到一开始是可以看到 thread-test1 和 thread-test2的信息，当它俩退出之后就只剩下 mainthread 和 checker 自身而已了。

销毁指定线程

既然能拿到名字和线程 id，那我们也就能干掉指定的线程了！

假设现在 thread-test2 已经黑化，发疯了，我们需要制止它，那我们就可以通过这种方式解决了：

在上面的代码基础上，增加和补上下列代码：

def _async_raise(tid, exctype):
  """raises the exception, performs cleanup if needed"""
  tid = ctypes.c_long(tid)
  if not inspect.isclass(exctype):
    exctype = type(exctype)
  res = ctypes.pythonapi.pythreadstate_setasyncexc(tid, ctypes.py_object(exctype))
  if res == 0:
    raise valueerror("invalid thread id")
  elif res != 1:
    ctypes.pythonapi.pythreadstate_setasyncexc(tid, none)
    raise systemerror("pythreadstate_setasyncexc failed")

def stop_thread(thread):
  _async_raise(thread.ident, systemexit)

def get_thread():
  pid = os.getpid()
  while true:
    ts = threading.enumerate()
    print '------- running threads on pid: %d -------' % pid
    for t in ts:
      print t.name, t.ident, t.is_alive()
      if t.name == 'thread-test2':
        print 'i am go dying! please take care of yourself and drink more hot water!'
        stop_thread(t)
    print
    time.sleep(1)

输出

root@10-46-33-56:~# python t_show.py
pid: 6362, tid: 139901682108160, tname: thread-test1
pid: 6362, tid: 139901671618304, tname: thread-test2
------- running threads on pid: 6362 -------
mainthread 139901706389248 true
thread-test1 139901682108160 true
checker 139901661128448 true
thread-test2 139901671618304 true
thread-test2: i am go dying. please take care of yourself and drink more hot water!

------- running threads on pid: 6362 -------
mainthread 139901706389248 true
thread-test1 139901682108160 true
checker 139901661128448 true
thread-test2 139901671618304 true
thread-test2: i am go dying. please take care of yourself and drink more hot water!

pid: 6362, tid: 139901682108160, tname: thread-test1
------- running threads on pid: 6362 -------
mainthread 139901706389248 true
thread-test1 139901682108160 true
checker 139901661128448 true
// thread-test2 已经不在了

一顿操作下来，虽然我们这样对待 thread-test2，但它还是关心着我们：多喝热水，

ps: 热水虽好，八杯足矣，请勿贪杯哦。

书回正传，上述的方法是极为粗暴的，为什么这么说呢？

因为它的原理是：利用 python 内置的 api，触发指定线程的异常，让其可以自动退出；

为什么停止线程这么难

多线程本身设计就是在进程下的协作并发，是调度的最小单元，线程间分食着进程的资源，所以会有许多锁机制和状态控制。

如果使用强制手段干掉线程，那么很大几率出现意想不到的bug。 而且最重要的锁资源释放可能也会出现意想不到问题。

我们甚至也无法通过信号杀死进程那样直接杀线程，因为 kill 只有对付进程才能达到我们的预期，而对付线程明显不可以，不管杀哪个线程，整个进程都会退出！

而因为有 gil，使得很多童鞋都觉得 python 的线程是python 自行实现出来的，并非实际存在，python 应该可以直接销毁吧？

然而事实上 python 的线程都是货真价实的线程！

什么意思呢？python 的线程是操作系统通过 pthread 创建的原生线程。python 只是通过 gil 来约束这些线程，来决定什么时候开始调度，比方说运行了多少个指令就交出 gil，至于谁夺得花魁，得听操作系统的。

如果是单纯的线程，其实系统是有办法终止的，比如: pthread_exit,pthread_kill 或 pthread_cancel， 详情可看：

很可惜的是： python 层面并没有这些方法的封装！我的天，好气！可能人家觉得，线程就该温柔对待吧。

如何温柔退出线程

想要温柔退出线程，其实差不多就是一句废话了~

要么运行完退出，要么设置标志位，时常检查标记位，该退出的就退出咯。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。