小琳Python课堂继续开讲！今天我们来深入挖掘Python的thread模块中的关键文件，包括thread.c、thread_nt.h和thread_pthread.h。

thread.c：线程功能的中心

  • 功能：thread.c是Python线程模块的主要实现文件，包含线程创建、同步、销毁等核心功能的Python C API实现。
  • 跨平台：通过包含特定平台的头文件和调用特定平台的线程API，实现跨平台支持。

thread_nt.h：Windows的专属

  • 平台特定：专为Windows平台设计，包含Windows线程API（如CreateThread、WaitForSingleObject等）的声明和宏定义。
  • 作用：在Windows上，thread.c会包含thread_nt.h来使用Windows的线程API。

thread_pthread.h：POSIX系统的伙伴

  • 平台特定：针对Unix和Unix-like系统，包含POSIX线程（pthread）API的声明和宏定义。
  • 作用：在POSIX兼容系统上，thread.c会包含thread_pthread.h来使用pthread API。

它们之间的关系

  1. 条件包含：thread.c根据不同平台包含不同头文件，通过预处理器指令实现。
  2. API调用：thread.c中的函数会调用这些头文件中声明的方法。
  3. 平台抽象：提供跨平台线程API，具体线程操作由底层操作系统完成。

实际应用

Python开发者通常通过threading模块使用线程，而不直接与这些底层文件交互。

thread.c的内部揭秘

  • 线程创建：实现_thread.start_new_thread()函数，用于创建新线程。
  • 线程同步：包括锁、条件变量和事件的实现。
  • 线程局部存储：实现线程局部存储（TLS）。
  • 线程销毁：管理线程的退出和资源清理。

实现方式

线程创建
  • 示例代码：
static PyObject *
thread_PyThread_start_new_thread(PyObject *self, PyObject *fargs)
{
    PyObject *func, *args, *keyw = NULL;
    struct bootstate *boot;
    unsigned long ident;
    if (!PyArg_UnpackTuple(fargs, "start_new_thread", 2, 3, &func, &args, &keyw))
        return NULL;
    /* Check whether the thread is already started. */
    if (PyEval_ThreadsInitialized()) {
        // ...
    }
    boot = PyMem_NEW(struct bootstate, 1);
    if (boot == NULL)
        return PyErr_NoMemory();
    boot->interp = PyThreadState_GET()->interp;
    boot->func = func;
    boot->args = args;
    boot->keyw = keyw;
    boot->tstate = _PyThreadState_Prealloc(boot->interp);
    if (boot->tstate == NULL) {
        PyMem_DEL(boot);
        return PyErr_NoMemory();
    }
    /* Create the thread and save its identifier */
    ident = PyThread_start_new_thread(t_bootstrap, (void*) boot);
    // ...
}
  • 说明：thread_PyThread_start_new_thread函数是Python中创建新线程的接口。它首先解析传入的参数，然后分配一个bootstate结构体来保存线程启动所需的信息，如线程函数、参数等。最后，它调用PyThread_start_new_thread函数（这是一个平台特定的函数，如在POSIX系统上为pthread_create）来创建新线程。
线程同步
  • 示例代码：
static PyObject *
thread_PyThread_acquire_lock(PyObject *self, PyObject *args)
{
    int err;
    PyObject *lock, *waitflag, *timeout;
    int wait = 0;
    unsigned long tout = 0;
    if (!PyArg_UnpackTuple(args, "acquire_lock", 2, 3, &lock, &waitflag, &timeout))
        return NULL;
    // ...
    err = PyThread_acquire_lock(lock, wait, tout);
    if (err < 0)
        return NULL;
    // ...
}
  • 说明：thread_PyThread_acquire_lock函数用于获取一个锁。它解析传入的参数，然后调用PyThread_acquire_lock函数（这也是一个平台特定的函数）来尝试获取锁。
线程局部存储
  • 示例代码：
static PyObject *
thread_PyThread_get_thread_ident(PyObject *self)
{
    return PyLong_FromUnsignedLong((unsigned long)PyThread_get_thread_ident());
}
  • 说明：thread_PyThread_get_thread_ident函数用于获取当前线程的标识符。它调用PyThread_get_thread_ident函数（一个平台特定的函数）来获取线程ID，并将其转换为Python对象。
线程销毁
  • 示例代码：
static void
t_bootstrap(void *boot_raw)
{
    struct bootstate *boot = (struct bootstate *) boot_raw;
    PyThreadState *tstate;
    PyObject *res;
    tstate = boot->tstate;
    tstate->thread_id = PyThread_get_thread_ident();
    // ...
}
  • 说明：t_bootstrap函数是每个新线程的入口点。它负责设置线程状态，并最终执行Python线程函数。线程的退出和资源清理通常由Python的垃圾收集机制和操作系统来处理。

这些代码片段展示了thread.c中一些关键功能的实现方式。要深入了解thread.c的具体内容，建议直接查看Python源代码。你可以在Python的官方网站下载源代码，或者通过版本控制系统（如Git）访问。在源代码中搜索thread.c文件，然后查看其中的函数实现和注释，以了解其详细的工作原理。
今天的分享就到这里，希望对thread模块有了更深的理解！下期见！👋