Python:线程之定位与销毁

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:

  1. 找出需要清理的线程号 tid;
  2. 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
#include
#include
#include

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

    @name.setter
    def name(self, name):
        assert self.__initialized, "Thread.__init__() not called"
        self.__name = str(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;

万不得已真不要用这种方法,有一定概率触发不可描述的问题。切记!别问我为什么会知道...

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:https://www.cnblogs.com/Creat...

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。

扩展

《如何正确的终止正在运行的子线程》:https://www.cnblogs.com/Creat...
《不要粗暴的销毁python线程》:http://xiaorui.cc/2017/02/22/...

欢迎各位大神指点交流, QQ讨论群: 258498217
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