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探索Python編程的技巧：多線程魔法、網絡舞臺、正則魔法陣與遞歸迷宮

2年前作者：緣友一世分類：Toy博客閱讀(21)違法舉報

這篇具有很好參考價值的文章主要介紹了探索Python編程的技巧：多線程魔法、網絡舞臺、正則魔法陣與遞歸迷宮。希望對大家有所幫助。如果存在錯誤或未考慮完全的地方，請大家不吝賜教，您也可以點擊"舉報違法"按鈕提交疑問。

一多線程

1.1 進程和線程

進程：就是一個程序，運行在系統(tǒng)之上，稱這個程序為一個運行進程，并分配進程ID方便系統(tǒng)管理。
線程：線程是歸屬于進程的，一個進程可以開啟多個線程，執(zhí)行不同的工作，是進程的實際工作最小單位。
操作系統(tǒng)中可以運行多個進程，即多任務運行
一個進程內可以運行多個線程，即多線程運行

進程之間是內存隔離的，即不同的進程擁有各自的內存空間。
線程之間是內存共享的，線程是屬于進程的，一個進程內的多個線程之間是共享這個進程所擁有的內存空間的。

1.2 并行、并發(fā)執(zhí)行概念

在Python中，多線程用于實現(xiàn)并行和并發(fā)執(zhí)行任務。雖然多線程可以讓你同時執(zhí)行多個任務，但由于Python的全局解釋鎖（Global Interpreter Lock，GIL）的存在，多線程并不能實現(xiàn)真正的多核并行。然而，多線程仍然可以用于執(zhí)行I/O密集型任務，因為在這些任務中，線程可能會在等待I/O操作完成時釋放GIL，從而允許其他線程運行。
并行執(zhí)行：
- 并行執(zhí)行是指多個任務在同一時刻同時運行，各自獨立地占用一個CPU核心。
- 在Python中，由于GIL的存在，多線程并不適合用于CPU密集型任務的并行執(zhí)行。
- 多個進程同時在運行，即不同的程序同時運行，稱之為：多任務并行執(zhí)行
- 一個進程內的多個線程同時在運行，稱之為：多線程并行執(zhí)行
并發(fā)執(zhí)行：
- 并發(fā)執(zhí)行是指多個任務交替執(zhí)行，通過快速切換執(zhí)行任務的上下文來實現(xiàn)“同時”執(zhí)行的錯覺。
- 這在處理I/O密集型任務時非常有效，因為線程可能會在等待I/O完成時讓出CPU資源給其他線程。

1.3 多線程編程

在Python中，可以使用threading模塊來創(chuàng)建和管理多線程。
threading.Thread類可以創(chuàng)建一個線程對象，用于執(zhí)行特定的任務函數(shù)。

threading.Thread類的一般語法和一些常用參數(shù)：

thread_obj = threading.Thread(target=function_name, args=(), kwargs={}, daemon=False)
# 啟動線程
thread_obj.start()

target: 必需的參數(shù)，用于指定線程要執(zhí)行的函數(shù)（任務）。函數(shù)會在新線程中運行。
args: 可選參數(shù)，用于傳遞給目標函數(shù)的位置參數(shù)，以元組形式提供。如果函數(shù)不需要參數(shù)，可以傳遞一個空元組或省略這個參數(shù)。
kwargs: 可選參數(shù)，用于傳遞給目標函數(shù)的關鍵字參數(shù)，以字典形式提供。如果函數(shù)不需要關鍵字參數(shù)，可以傳遞一個空字典或省略這個參數(shù)。
daemon: 可選參數(shù)，布爾值，用于指定線程是否為守護線程。守護線程會在主線程結束時被終止，而非守護線程會等待所有線程完成后再終止。
使用threading.Thread類創(chuàng)建線程對象并啟動線程

import threading
import time

def print_numbers():
    for i in range(1, 6):
        print(f"Number: {i}")
        time.sleep(1)

def print_letters():
    for letter in ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']:
        print(f"Letter: {letter}")
        time.sleep(1)

if __name__ == "__main__":
    thread1 = threading.Thread(target=print_numbers)
    thread2 = threading.Thread(target=print_letters)

    thread1.start()  # Start the first thread
    thread2.start()  # Start the second thread

    thread1.join()   # 用于阻塞當前線程，直到被調用的線程完成其執(zhí)行
    thread2.join()   # 用于阻塞當前線程，直到被調用的線程完成其執(zhí)行

    print("All threads completed")

在這個示例中，創(chuàng)建了兩個線程對象，每個線程對象都關聯(lián)一個不同的任務函數(shù)（print_numbers和print_letters）。然后啟動這兩個線程，并等待它們完成。最后，我們輸出一個提示，表示所有線程都已完成。
thread1 和 thread2 是兩個線程對象，而 thread1.join() 和 thread2.join() 是在主線程中調用的。當調用這些方法時，主線程會阻塞，直到對應的線程（thread1 或 thread2）完成了它們的執(zhí)行。
thread1.join() 和 thread2.join() 語句確保在兩個子線程執(zhí)行完成后，主線程才會輸出 “All threads completed” 這條消息。如果不使用 join()，主線程可能會在子線程還沒有完成時就繼續(xù)執(zhí)行，導致輸出消息的時機不確定。

1.4 補充：join()方法

在多線程編程中，join() 方法用于阻塞當前線程，直到被調用的線程完成其執(zhí)行。具體來說，thread1.join() 表示當前線程（通常是主線程）會等待 thread1 線程完成后再繼續(xù)執(zhí)行。
這種等待的機制可以確保主線程在所有子線程執(zhí)行完成后再繼續(xù)執(zhí)行，從而避免可能出現(xiàn)的線程之間的競爭條件和不確定性。這在需要等待所有線程完成后進行進一步操作或獲取線程執(zhí)行結果時非常有用。

1.5 并行、并發(fā)實現(xiàn)演示

并行執(zhí)行多個任務演示：

import threading

def task1():
    print("Task 1 started")
    # ... some code ...
    print("Task 1 finished")

def task2():
    print("Task 2 started")
    # ... some code ...
    print("Task 2 finished")

if __name__ == "__main__":
    thread1 = threading.Thread(target=task1)
    thread2 = threading.Thread(target=task2)

    thread1.start()
    thread2.start()

    thread1.join()
    thread2.join()

    print("All tasks completed")

并發(fā)執(zhí)行演示：

import threading
import time

def task1():
    print("Task 1 started")
    time.sleep(2)  # Simulate I/O operation
    print("Task 1 finished")

def task2():
    print("Task 2 started")
    time.sleep(1)  # Simulate I/O operation
    print("Task 2 finished")

if __name__ == "__main__":
    thread1 = threading.Thread(target=task1)
    thread2 = threading.Thread(target=task2)

    thread1.start()
    thread2.start()

    thread1.join()
    thread2.join()

    print("All tasks completed")

1.6 Thread參數(shù)傳遞使用演示

當使用threading.Thread創(chuàng)建線程對象時，可以通過args、kwargs和daemon參數(shù)傳遞不同類型的信息給線程。
以下是針對每種參數(shù)的示例：

使用 args 參數(shù)傳遞位置參數(shù)：

import threading

def print_numbers(start, end):
    for i in range(start, end + 1):
        print(f"Number: {i}")

if __name__ == "__main__":
    thread1 = threading.Thread(target=print_numbers, args=(1, 5))
    thread2 = threading.Thread(target=print_numbers, args=(6, 10))

    thread1.start()
    thread2.start()

    thread1.join()
    thread2.join()

    print("All threads completed")

使用 kwargs 參數(shù)傳遞關鍵字參數(shù)：

import threading

def greet(name, message):
    print(f"Hello, {name}! {message}")

if __name__ == "__main__":
    thread1 = threading.Thread(target=greet, kwargs={"name": "Alice", "message": "How are you?"})
    thread2 = threading.Thread(target=greet, kwargs={"name": "Bob", "message": "Nice to meet you!"})

    thread1.start()
    thread2.start()

    thread1.join()
    thread2.join()

    print("All threads completed")

使用 daemon 參數(shù)設置守護線程：

import threading
import time

def count_seconds():
    for i in range(5):
        print(f"Elapsed: {i} seconds")
        time.sleep(1)

if __name__ == "__main__":
    thread = threading.Thread(target=count_seconds)
    thread.daemon = True  # 設置線程為守護線程

    thread.start()

    # No need to join daemon threads, they will be terminated when the main thread ends
    print("Main thread completed")

將線程 thread 設置為守護線程（daemon = True）。這意味著當主線程結束時，守護線程也會被終止，而無需使用 join() 等待它完成。

二網絡編程

2.1 Socket初識

Python的套接字（Socket）編程是一種基本的網絡編程技術，它可以在網絡上建立連接并進行數(shù)據傳輸。
socket (簡稱套接字) 是進程之間通信一個工具，進程之間想要進行網絡通信需要socket。Socket負責進程之間的網絡數(shù)據傳輸，是數(shù)據的搬運工。

2.2 客戶端和服務端

2個進程之間通過Socket進行相互通訊，就必須有服務端和客戶端
- Socket服務端：等待其它進程的連接、可接受發(fā)來的消息、可以回復消息
- Socket客戶端：主動連接服務端、可以發(fā)送消息、可以接收回復

2.3 創(chuàng)建socket對象詳解

在創(chuàng)建套接字對象時，通常是可以不指定參數(shù)的。如果沒有指定參數(shù)，將會使用默認的參數(shù)，這些參數(shù)在 socket 模塊中預先定義。默認情況下，socket 函數(shù)將創(chuàng)建一個 IPv4 的流式套接字。

例如，以下代碼將創(chuàng)建一個默認的 IPv4 TCP 套接字：

import socket

# 創(chuàng)建一個默認的 IPv4 TCP 套接字
default_socket = socket.socket()

# 后續(xù)代碼中可以使用 default_socket 進行操作

這種方式在很多情況下都是適用的，特別是當你只需要一個簡單的 IPv4 TCP 套接字時。
```
socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
```
1. socket：Python 的內置套接字模塊，它提供了在網絡上進行通信的基本功能。
2. socket.AF_INET：表示套接字地址簇（Address Family），用于指定套接字使用的地址類型。AF_INET 表示使用 IPv4 地址。還可以使用 AF_INET6 來表示 IPv6 地址。
3. socket.SOCK_STREAM：表示套接字的類型。SOCK_STREAM 表示這是一個流式套接字，它基于 TCP 協(xié)議提供了可靠的、面向連接的、雙向的數(shù)據流傳輸。
綜合起來，socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 創(chuàng)建了一個基于 IPv4 地址和 TCP 協(xié)議的流式套接字對象，你可以使用這個套接字對象來建立連接、發(fā)送和接收數(shù)據。
如果需要創(chuàng)建基于 UDP 協(xié)議的套接字，可以使用 socket.SOCK_DGRAM，例如：
```
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
```

2.4 accept()方法詳解

accept() 方法是在服務器端套接字上調用的方法，用于接受客戶端的連接請求。它會阻塞程序，直到有客戶端嘗試連接到服務器，然后返回一個新的套接字用于與該客戶端進行通信，以及客戶端的地址信息。
```
client_socket, client_address = server_socket.accept()
```
- accept()：接受客戶端的連接請求。當調用這個方法時，它會阻塞程序，直到有客戶端連接到服務器。一旦有連接請求到達，該方法將返回兩個值：一個是表示與客戶端通信的新套接字對象，另一個是客戶端的地址信息。
- client_socket：新創(chuàng)建的套接字對象，用于與連接的客戶端進行通信（可以使用這個套接字來接收和發(fā)送數(shù)據）
- client_address：元組類型，包含客戶端的 IP 地址和端口號。例如，('192.168.1.100', 54321)。
一般來說，服務器在一個循環(huán)中使用 accept() 方法，以便能夠接受多個客戶端的連接。每當有新的客戶端連接到服務器時，accept() 方法會返回一個新的套接字和客戶端的地址，然后服務器可以將新套接字添加到連接池，與客戶端進行通信。
注意：accept() 方法在沒有連接請求時會一直阻塞程序。如果你希望設置超時或者非阻塞的連接等待，你可以在創(chuàng)建服務器套接字后設置相應的選項。這樣，在沒有連接請求時調用 accept() 方法將立即返回，不會阻塞程序的執(zhí)行。
例如，在創(chuàng)建服務器套接字后可以使用以下代碼將其設置為非阻塞模式：
```
server_socket.setblocking(False)
```

2.5 發(fā)送信息方法詳解

send() 方法和 sendall() 方法都用于在套接字上發(fā)送數(shù)據，但它們有一些不同之處。

send(data) 方法：

send() 方法是用于發(fā)送數(shù)據的基本方法，它接受一個字節(jié)流（bytes）作為參數(shù)，并嘗試將數(shù)據發(fā)送到連接的對方。
如果成功發(fā)送全部數(shù)據，該方法將返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)。如果沒有發(fā)送完全部數(shù)據，可能返回一個小于請求發(fā)送數(shù)據的字節(jié)數(shù)。
如果在發(fā)送過程中出現(xiàn)問題（例如連接中斷），send() 方法可能會引發(fā)異常。

sendall(data) 方法：

sendall() 方法也用于發(fā)送數(shù)據，但它更加健壯，會自動處理數(shù)據分片和重試。
無論數(shù)據有多大，sendall() 方法會盡力將所有數(shù)據都發(fā)送出去，直到全部數(shù)據都被發(fā)送成功或發(fā)生錯誤。
方法不會立即返回，而是在所有數(shù)據都發(fā)送成功后才返回 None。如果發(fā)生錯誤，它可能引發(fā)異常。
sendall() 方法在發(fā)送數(shù)據時會自動處理數(shù)據的分片，確保數(shù)據都被正確發(fā)送。
在大多數(shù)情況下，如果想要簡單地發(fā)送一小段數(shù)據，可以使用 send() 方法。然而，如果需要發(fā)送大量數(shù)據或者確保數(shù)據被完整、可靠地發(fā)送，那么使用 sendall() 方法會更好，因為它會自動處理數(shù)據分片和錯誤處理。
使用 send() 方法：
```
client_socket.send(b"Hello, server!")
```

使用 sendall() 方法：

data = b"Hello, server!"
client_socket.sendall(data)

2.6 Socket編程演示

服務器端代碼：

import socket

# 1. 創(chuàng)建Socket對象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2. 綁定服務器地址和端口
server_address = ('127.0.0.1', 12345)
server_socket.bind(server_address)

# 3. 開始監(jiān)聽端口 backlog=5 標識允許的連接數(shù)量，超出的會等待，可以不填，不填自動設置一個合理的值
server_socket.listen(5)

print("Waiting for a connection...")
# 4. 接收客戶端連接，獲得連接對象
client_socket, client_address = server_socket.accept()
print(f"Connected to {client_address}")

# 5. 客戶端連接后，通過recv方法 接收并發(fā)送數(shù)據
while True:
    data = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
    # recv接受的參數(shù)是緩沖區(qū)大小，一般給1024即可
    # recv方法的返回值是一個字節(jié)數(shù)組也就是bytes對象，不是字符串，可以通過decode方法通過UTF-8編碼，將字節(jié)數(shù)組轉換為字符串對象
    if not data:
        break
    print(f"Received: {data}")
    # 6. 通過client_socket對象（客戶端再次連接對象），調用方法，發(fā)送回復消息
    msg = input("請輸入你要和客戶端回復的消息：")
    if msg == 'exit':
        break
    client_socket.sendall(msg.eccode("UTF-8"))

# 7.關閉連接
client_socket.close()
server_socket.close()

客戶端代碼：

import socket

# 1.創(chuàng)建socket對象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2.連接服務器地址和端口
server_address = ('127.0.0.1', 12345)
client_socket.connect(server_address)


# 3.發(fā)送數(shù)據
while True:
	# 發(fā)送消息
	msg = input("請輸入要給服務端發(fā)送的消息：")
	if msg == 'exit':
    	break
	client_socket.sendall(msg.encode("UTF-8"))
	# 4.接收返回消息
	recv_data = client_socket.recv(1024)  # 1024是緩沖區(qū)的大小，一般1024即可。 同樣recv方法是阻塞的      
	print(f"服務端回復的消息是：{recv_data.decode('UTF-8')}")

# 5.關閉連接
client_socket.close()

三正則表達式

3.1 正則表達式概述

正則表達式，又稱規(guī)則表達式（Regular Expression），是使用單個字符串來描述、匹配某個句法規(guī)則的字符串，常被用來檢索、替換那些符合某個模式（規(guī)則）的文本。
正則表達式就是使用：字符串定義規(guī)則，并通過規(guī)則去驗證字符串是否匹配。
比如，驗證一個字符串是否是符合條件的電子郵箱地址，只需要配置好正則規(guī)則，即可匹配任意郵箱。通過正則規(guī)則： (^[\w-]+(\.[\w-]+)*@[\w-]+(\.[\w-]+)+$) 即可匹配一個字符串是否是標準郵箱格式

3.2 Python正則表達式使用步驟

使用正則表達式的一些基本步驟和示例：

導入re模塊：

import re

使用re.compile()編譯正則表達式：

# `pattern_here`應該替換為實際正則表達式
pattern = re.compile(r'pattern_here')

使用編譯后的正則表達式進行匹配：

text = "This is an example text for pattern matching."
result = pattern.search(text)
if result:
    print("Pattern found:", result.group())
else:
    print("Pattern not found.")

3.3 正則的基礎方法

Python正則表達式，使用re模塊，并基于re模塊中基礎方法來做正則匹配。
匹配（Match）：使用match()來從字符串的開頭開始匹配。匹配成功返回匹配對象（包含匹配的信息），匹配不成功返回空

result = pattern.match(text)

搜索（Search）：使用search()來查找文本中的第一個匹配項。整個字符串都找不到，返回None

result = pattern.search(text)

查找所有（Find All）：使用findall()來找到所有匹配項，并返回一個列表。找不到返回空list: []

results = pattern.findall(text)

替換（Replace）：使用sub()來替換匹配項。

# `replacement`應該是希望替換匹配項的內容
new_text = pattern.sub(replacement, text)

分割（Split）：使用split()來根據匹配項分割字符串。

parts = pattern.split(text)

在正則表達式中，你可以使用不同的元字符（例如.、*、+、?、[]、()等）來構建復雜的模式，以便進行更精確的匹配。
演示使用正則表達式從文本中提取所有的電子郵件地址

import re

text = "Contact us at: john@example.com or jane@example.org for more information."

pattern = re.compile(r'\b[\w.-]+@[\w.-]+\.\w+\b')
email_addresses = pattern.findall(text)

for email in email_addresses:
    print(email)

3.4 元字符匹配

單字符匹配

示例：
字符串 s = "itheima1 @@python2 !!666 ##itcast3"
找出全部數(shù)字： re.findall(r '\d', s)

字符串的r標記，表示當前字符串是原始字符串，即內部的轉義字符無效而是普通字符

找出特殊字符： re.findall(r '\W', s)
找出全部英文字母：re.findall(r '[a-zA-Z]', s)
[]內可以寫：[a-zA-Z0-9] 這三種范圍組合或指定單個字符如[aceDFG135]

數(shù)量匹配
邊界匹配
分組匹配

四遞歸

遞歸是一種編程技術(算法)，即方法（函數(shù)）自己調用自己的一種特殊編程寫法。在Python中，可以使用遞歸來解決許多問題，特別是那些可以被分解為相同或類似子問題的問題。
在使用遞歸時，需要確保定義遞歸基（base case），這是遞歸結束的條件，以避免無限循環(huán)。每次遞歸調用都應該將問題規(guī)模減小，使其朝著遞歸基的條件靠近。

使用遞歸計算階乘：

def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1  # 遞歸基
    else:
        return n * factorial(n - 1)  # 遞歸調用

num = 5
result = factorial(num)
print(f"The factorial of {num} is {result}")

factorial 函數(shù)通過不斷地調用自身來計算階乘。當 n 達到遞歸基條件 n == 0 時，遞歸結束，不再調用自身。

然而，遞歸并不總是最有效的解決方法，因為它可能會導致函數(shù)調用的嵌套層數(shù)過深，從而消耗大量的內存和處理時間。在一些情況下，使用循環(huán)或其他方法可能更有效。
在編寫遞歸函數(shù)時，要確保遞歸調用朝著遞歸基靠近，避免陷入無限循環(huán)，同時考慮性能方面的問題。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-651283.html

到了這里，關于探索Python編程的技巧：多線程魔法、網絡舞臺、正則魔法陣與遞歸迷宮的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網！

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編程江湖：Python探秘之旅-----函數(shù)的魔法(三)
項目進行到關鍵階段，“云悟”，項目經理，強調了代碼的模塊化和重用性的重要性。她希望團隊能夠提高工作效率，避免重復勞動。云悟：（審視著代碼）我們需要使這些代碼更加模塊化。這樣，我們就可以在不同的項目中重用這些功能，而不是每次都從頭開始。龍：（
2024年01月25日
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Python高階技巧正則表達式
正則表達式，又稱規(guī)則表達式（Regular Expression），是使用單個字符串來描述、匹配某個句法規(guī)則的字符串，常被用來檢索、替換那些符合某個模式（規(guī)則）的文本。簡單來說，正則表達式就是使用：字符串定義規(guī)則，并通過規(guī)則去驗證字符串是否匹配。比如，驗證一個字符
2024年02月14日
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python正則+多線程(代理）+線程池+協(xié)程
常用元字符 . 匹配除換行符以外的任意字符 w 匹配字幕或數(shù)字或下劃線 s 匹配任意空白字符 d 匹配數(shù)字 n 匹配一個換行符 t 匹配一個制表符 W 匹配非字母或數(shù)字或下劃線 D 匹配非數(shù)字 S 匹配非空白符 a|b 匹配字符a或b () 匹配括號內的表達式，也表示一個組 […] 匹配字符
2024年02月16日
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