Ruby 多线程

每个正在系统上运行的程序都是一个进程。每个进程包含一到多个线程。

线程是程序中一个单一的顺序控制流程，在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程。

Ruby 中我们可以通过 Thread 类来创建多线程，Ruby的线程是一个轻量级的，可以以高效的方式来实现并行的代码。

创建 Ruby 线程

要启动一个新的线程，只需要调用 Thread.new 即可:

#线程#1代码部分Thread.new{#线程#2执行代码}#线程#1执行代码

在线示例

以下示例展示了如何在Ruby程序中使用多线程：

在线示例

#!/usr/bin/rubydeffunc1i=0whilei<=2puts"func1at:#{Time.now}"sleep(2)i=i+1endenddeffunc2j=0whilej<=2puts"func2at:#{Time.now}"sleep(1)j=j+1endendputs"StartedAt#{Time.now}"t1=Thread.new{func1()}t2=Thread.new{func2()}t1.joint2.joinputs"Endat#{Time.now}"

以上代码执行结果为：

StartedAtWedMay1408:21:54-07002014func1at:WedMay1408:21:54-07002014func2at:WedMay1408:21:54-07002014func2at:WedMay1408:21:55-07002014func1at:WedMay1408:21:56-07002014func2at:WedMay1408:21:56-07002014func1at:WedMay1408:21:58-07002014EndatWedMay1408:22:00-07002014

线程生命周期

1、线程的创建可以使用Thread.new,同样可以以同样的语法使用Thread.start 或者Thread.fork这三个方法来创建线程。

2、创建线程后无需启动，线程会自动执行。

3、Thread 类定义了一些方法来操控线程。线程执行Thread.new中的代码块。

4、线程代码块中最后一个语句是线程的值，可以通过线程的方法来调用，如果线程执行完毕，则返回线程值，否则不返回值直到线程执行完毕。

5、Thread.current 方法返回表示当前线程的对象。 Thread.main 方法返回主线程。

6、通过 Thread.Join 方法来执行线程，这个方法会挂起主线程，直到当前线程执行完毕。

线程状态

线程有5种状态：

线程和异常

当某线程发生异常，且没有被rescue捕捉到时，该线程通常会被无警告地终止。但是，若有其它线程因为Thread#join的关系一直等待该线程的话，则等待的线程同样会被引发相同的异常。

begint=Thread.newdoThread.pass#主线程确实在等joinraise"unhandledexception"endt.joinrescuep$!#=>"unhandledexception"end

使用下列3个方法，就可以让解释器在某个线程因异常而终止时中断运行。

• 启动脚本时指定-d选项，并以调试模时运行。

• 用Thread.abort_on_exception设置标志。

• 使用Thread#abort_on_exception对指定的线程设定标志。

当使用上述3种方法之一后，整个解释器就会被中断。

t=Thread.new{...}t.abort_on_exception=true

线程同步控制

在Ruby中，提供三种实现同步的方式，分别是：

1. 通过Mutex类实现线程同步

2. 监管数据交接的Queue类实现线程同步

3. 使用ConditionVariable实现同步控制

通过Mutex类实现线程同步

通过Mutex类实现线程同步控制，如果在多个线程钟同时需要一个程序变量，可以将这个变量部分使用lock锁定。代码如下：

在线示例

#!/usr/bin/rubyrequire"thread"puts"SynchronizeThread"@num=200@mutex=Mutex.newdefbuyTicket(num)@mutex.lockif@num>=num@num=@num-numputs"youhavesuccessfullybought#{num}tickets"elseputs"sorry,noenoughtickets"end@mutex.unlockendticket1=Thread.new10do10.timesdo|value|ticketNum=15buyTicket(ticketNum)sleep0.01endendticket2=Thread.new10do10.timesdo|value|ticketNum=20buyTicket(ticketNum)sleep0.01endendsleep1ticket1.jointicket2.join

以上代码执行结果为：

SynchronizeThreadyouhavesuccessfullybought15ticketsyouhavesuccessfullybought20ticketsyouhavesuccessfullybought15ticketsyouhavesuccessfullybought20ticketsyouhavesuccessfullybought15ticketsyouhavesuccessfullybought20ticketsyouhavesuccessfullybought15ticketsyouhavesuccessfullybought20ticketsyouhavesuccessfullybought15ticketsyouhavesuccessfullybought20ticketsyouhavesuccessfullybought15ticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughticketssorry,noenoughtickets

除了使用lock锁定变量，还可以使用try_lock锁定变量，还可以使用Mutex.synchronize同步对某一个变量的访问。

监管数据交接的Queue类实现线程同步

Queue类就是表示一个支持线程的队列，能够同步对队列末尾进行访问。不同的线程可以使用统一个对类，但是不用担心这个队列中的数据是否能够同步，另外使用SizedQueue类能够限制队列的长度

SizedQueue类能够非常便捷的帮助我们开发线程同步的应用程序，应为只要加入到这个队列中，就不用关心线程的同步问题。

经典的生产者消费者问题：

在线示例

#!/usr/bin/rubyrequire"thread"puts"SizedQueeTest"queue=Queue.newproducer=Thread.newdo10.timesdo|i|sleeprand(i)#让线程睡眠一段时间queue<<iputs"#{i}produced"endendconsumer=Thread.newdo10.timesdo|i|value=queue.popsleeprand(i/2)puts"consumed#{value}"endendconsumer.join

程序的输出：

SizedQueeTest0produced1producedconsumed02producedconsumed1consumed23producedconsumed34producedconsumed45producedconsumed56producedconsumed67producedconsumed78produced9producedconsumed8consumed9

线程变量

线程可以有其私有变量，线程的私有变量在线程创建的时候写入线程。可以被线程范围内使用，但是不能被线程外部进行共享。

但是有时候，线程的局部变量需要别别的线程或者主线程访问怎么办？ruby当中提供了允许通过名字来创建线程变量，类似的把线程看做hash式的散列表。通过[]=写入并通过[]读出数据。我们来看一下下面的代码：

在线示例

#!/usr/bin/rubycount=0arr=[]10.timesdo|i|arr[i]=Thread.new{sleep(rand(0)/10.0)Thread.current["mycount"]=countcount+=1}endarr.each{|t|t.join;printt["mycount"],","}puts"count=#{count}"

以上代码运行输出结果为：

8,0,3,7,2,1,6,5,4,9,count=10

主线程等待子线程执行完成，然后分别输出每个值。。

线程优先级

线程的优先级是影响线程的调度的主要因素。其他因素包括占用CPU的执行时间长短，线程分组调度等等。

可以使用 Thread.priority 方法得到线程的优先级和使用 Thread.priority= 方法来调整线程的优先级。

线程的优先级默认为 0 。 优先级较高的执行的要快。

一个 Thread 可以访问自己作用域内的所有数据，但如果有需要在某个线程内访问其他线程的数据应该怎么做呢？ Thread 类提供了线程数据互相访问的方法，你可以简单的把一个线程作为一个 Hash 表，可以在任何线程内使用 []= 写入数据，使用 [] 读出数据。

athr=Thread.new{Thread.current["name"]="ThreadA";Thread.stop}bthr=Thread.new{Thread.current["name"]="ThreadB";Thread.stop}cthr=Thread.new{Thread.current["name"]="ThreadC";Thread.stop}Thread.list.each{|x|puts"#{x.inspect}:#{x["name"]}"}

可以看到，把线程作为一个 Hash 表，使用 [] 和 []= 方法，我们实现了线程之间的数据共享。

线程互斥

Mutex(Mutal Exclusion = 互斥锁)是一种用于多线程编程中，防止两条线程同时对同一公共资源（比如全局变量）进行读写的机制。

不使用Mutax的示例

在线示例

#!/usr/bin/rubyrequire'thread'count1=count2=0difference=0counter=Thread.newdoloopdocount1+=1count2+=1endendspy=Thread.newdoloopdodifference+=(count1-count2).absendendsleep1puts"count1:#{count1}"puts"count2:#{count2}"puts"difference:#{difference}"

以上示例运行输出结果为：

count1:9712487count2:12501239difference:0

使用 mutex 的示例

在线示例

#!/usr/bin/rubyrequire'thread'mutex=Mutex.newcount1=count2=0difference=0counter=Thread.newdoloopdomutex.synchronizedocount1+=1count2+=1endendendspy=Thread.newdoloopdomutex.synchronizedodifference+=(count1-count2).absendendendsleep1mutex.lockputs"count1:#{count1}"puts"count2:#{count2}"puts"difference:#{difference}"

以上示例运行输出结果为：

count1:1336406count2:1336406difference:0

死锁

两个以上的运算单元，双方都在等待对方停止运行，以获取系统资源，但是没有一方提前退出时，这种状况，就称为死锁。

例如，一个进程 p1占用了显示器，同时又必须使用打印机，而打印机被进程p2占用，p2又必须使用显示器，这样就形成了死锁。

当我们在使用 Mutex 对象时需要注意线程死锁。

在线示例

#!/usr/bin/rubyrequire'thread'mutex=Mutex.newcv=ConditionVariable.newa=Thread.new{mutex.synchronize{puts"A:Ihavecriticalsection,butwillwaitforcv"cv.wait(mutex)puts"A:Ihavecriticalsectionagain!Irule!"}}puts"(Later,backattheranch...)"b=Thread.new{mutex.synchronize{puts"B:NowIamcritical,butamdonewithcv"cv.signalputs"B:Iamstillcritical,finishingup"}}a.joinb.join

以上示例输出结果为：

A:Ihavecriticalsection,butwillwaitforcv(Later,backattheranch...)B:NowIamcritical,butamdonewithcvB:Iamstillcritical,finishingupA:Ihavecriticalsectionagain!Irule!

线程类方法

完整的 Thread（线程） 类方法如下：

线程示例化方法

以下示例调用了线程示例化方法 join：

在线示例

#!/usr/bin/rubythr=Thread.newdo#示例化puts"Insecondthread"raise"Raiseexception"endthr.join#调用示例化方法join

以下是完整示例化方法列表：