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Python线程之定位与销毁的实现

程序员文章站 2023-10-23 19:35:07
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。...

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-test1thread-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。

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-test1thread-test2的信息,当它俩退出之后就只剩下 mainthreadchecker 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;

Python线程之定位与销毁的实现

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_killpthread_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。