無所不能的Python竟然沒有一個(gè)像樣的定時(shí)器？試試這個(gè)！

作者：天元浪子 2021-07-30 15:50:54

所謂定時(shí)器，是指間隔特定時(shí)間執(zhí)行特定任務(wù)的機(jī)制。幾乎所有的編程語言，都有定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)。比如，Java有util.Timer和util.TimerTask，JavaScript有setInterval和setTimeout，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的定時(shí)任務(wù)處理。

[[414409]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「Python作業(yè)輔導(dǎo)員」，作者天元浪子。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系Python作業(yè)輔導(dǎo)員公眾號(hào)。

剛?cè)腴T的同學(xué)一定會(huì)說：不是有個(gè)time.sleep嗎?定好鬧鐘睡大覺，鬧鐘一響，起來干活，這不就是一個(gè)定時(shí)器嗎?沒錯(cuò)，time.sleep具備定時(shí)器的基本要素，但若作為定時(shí)器使用，則有兩個(gè)致命的缺陷：一是阻塞主線程，睡覺的時(shí)候不能做任何事情;二是醒來以后需要主線程執(zhí)行定時(shí)任務(wù)——即便使用線程技術(shù)，也得先由主線程來創(chuàng)建子線程。

說到這里，熟悉線程模塊threading的同學(xué)也許會(huì)說：threading.Timer就是以線程方式運(yùn)行的呀，既不會(huì)阻塞主線程，執(zhí)行定時(shí)任務(wù)也無需主線程干預(yù)，這不就是一個(gè)完美的定時(shí)器嗎?

我們先來看看threading.Timer是如何工作的。下面這段代碼演示了threading.Timer的基本用法：啟動(dòng)定時(shí)器2秒鐘后以線程方式調(diào)用函數(shù)do_something，在定時(shí)器等待的2秒鐘內(nèi)，以及do_something運(yùn)行期間，主線程仍然可以做其他工作——此處是從鍵盤讀取輸入，借以阻塞主線程，以便觀察定時(shí)器的工作情況。

import time 
import threading 
 
def do_something(name, gender='male'): 
    print(time.time(), '定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù)' ) 
    print('name:%s, gender:%s'%(name, gender)) 
 
timer = threading.Timer(2, do_something, args=('Alice',), kwargs={'gender':'female'}) 
timer.start() 
print(time.time(), '定時(shí)開始時(shí)間') 
input('按回車鍵結(jié)束\n') # 此處阻塞主進(jìn)程

正如我們所期待的那樣，定時(shí)器啟動(dòng)2秒鐘后，函數(shù)do_something被調(diào)用，這期間可以隨時(shí)敲擊回車鍵結(jié)束程序。這段代碼的運(yùn)行結(jié)果如下。

1627438957.4297626 定時(shí)開始時(shí)間 
按回車鍵結(jié)束 
1627438959.4299397 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female

從使用效果看，threading.Timer稱得上是一款簡潔易用的定時(shí)器。不過，threading.Timer存在明顯的短板，那就是不支持連續(xù)的定時(shí)任務(wù)，比如，每隔2秒鐘調(diào)用一次do_something函數(shù)。如果一定要用threading.Timer實(shí)現(xiàn)連續(xù)定時(shí)，只能用類似嵌套的變通方法，在do_something函數(shù)中再次啟動(dòng)定時(shí)器。

import time 
import threading 
 
def do_something(name, gender='male'): 
    global timer 
    timer = threading.Timer(2, do_something, args=(name,), kwargs={'gender':gender}) 
    timer.start() 
 
    print(time.time(), '定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù)' ) 
    print('name:%s, gender:%s'%(name, gender)) 
    time.sleep(5) 
    print(time.time(), '完成特定任務(wù)' ) 
 
timer = threading.Timer(2, do_something, args=('Alice',), kwargs={'gender':'female'}) 
timer.start() 
input('按回車鍵結(jié)束\n') # 此處阻塞主進(jìn)程

這段代碼重新定義了do_something函數(shù)，在函數(shù)開始位置啟動(dòng)下一次的定時(shí)任務(wù)。之所以放在開始位置，是為了保證兩次定時(shí)之間的時(shí)間間隔盡可能精確。饒是如此，下面的運(yùn)行結(jié)果顯示，兩次定時(shí)之間的時(shí)間間隔比設(shè)計(jì)的2秒鐘多了大約10毫秒，且誤差是連續(xù)累計(jì)的，重復(fù)執(zhí)行100次，誤差將會(huì)超過1秒鐘。

按回車鍵結(jié)束 
1627440628.683803 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627440630.6929214 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627440632.707388 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627440633.6890671 完成特定任務(wù) 
1627440634.722474 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627440635.7092102 完成特定任務(wù) 
1627440636.7277966 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female

針對(duì)連續(xù)的定時(shí)任務(wù)，threading.Timer的表現(xiàn)還算差強(qiáng)人意，只是這種嵌套的寫法完全顛覆了代碼美學(xué)。對(duì)于像我這樣有代碼潔癖的程序員來說，是無法容忍和不可接受的。在我看來，一個(gè)完美的定時(shí)器應(yīng)該滿足以下5個(gè)條件，具備下圖所示的結(jié)構(gòu)。

不阻塞主線程
同時(shí)支持單次定時(shí)和連續(xù)定時(shí)
以線程或進(jìn)程方式執(zhí)行定時(shí)任務(wù)
定時(shí)任務(wù)的線程或進(jìn)程的創(chuàng)建、運(yùn)行，不影響定時(shí)精度
足夠精確的定時(shí)精度，且誤差不會(huì)累計(jì)

既然Python沒有提供一個(gè)像樣的定時(shí)器，那就自己寫一個(gè)吧。下面這個(gè)定時(shí)器，滿足上面提到的5個(gè)條件，最短時(shí)間間隔可以低至10毫秒，且誤差不會(huì)累計(jì)。雖然還不夠完美，但無論結(jié)構(gòu)還是精度，都還說得過去。

import time 
import threading 
 
class PyTimer: 
    """定時(shí)器類""" 
 
    def __init__(self, func, *args, **kwargs): 
        """構(gòu)造函數(shù)""" 
 
        self.func = func 
        self.args = args 
        self.kwargs = kwargs 
        self.running = False 
 
    def _run_func(self): 
        """運(yùn)行定時(shí)事件函數(shù)""" 
 
        th = threading.Thread(target=self.func, args=self.args, kwargs=self.kwargs) 
        th.setDaemon(True) 
        th.start() 
 
    def _start(self, interval, once): 
        """啟動(dòng)定時(shí)器的線程函數(shù)""" 
 
        if interval < 0.010: 
            interval = 0.010 
 
        if interval < 0.050: 
            dt = interval/10 
        else: 
            dt = 0.005 
 
        if once: 
            deadline = time.time() + interval 
            while time.time() < deadline: 
                time.sleep(dt) 
 
            # 定時(shí)時(shí)間到，調(diào)用定時(shí)事件函數(shù) 
            self._run_func() 
        else: 
            self.running = True 
            deadline = time.time() + interval 
            while self.running: 
                while time.time() < deadline: 
                    time.sleep(dt) 
 
                # 更新下一次定時(shí)時(shí)間 
                deadline += interval 
 
                # 定時(shí)時(shí)間到，調(diào)用定時(shí)事件函數(shù) 
                if self.running: 
                    self._run_func() 
 
    def start(self, interval, once=False): 
        """啟動(dòng)定時(shí)器 
 
        interval    - 定時(shí)間隔，浮點(diǎn)型，以秒為單位，最高精度10毫秒 
        once        - 是否僅啟動(dòng)一次，默認(rèn)是連續(xù)的 
        """ 
 
        th = threading.Thread(target=self._start, args=(interval, once)) 
        th.setDaemon(True) 
        th.start() 
 
    def stop(self): 
        """停止定時(shí)器""" 
 
        self.running = False

定時(shí)器類PyTimer實(shí)例化時(shí)，需要傳入定時(shí)任務(wù)函數(shù)。如果定時(shí)任務(wù)函數(shù)有參數(shù)，也可以按照位置參數(shù)、關(guān)鍵字參數(shù)的順序一并提供。PyTimer定時(shí)器提供start和stop兩個(gè)方法，用于啟動(dòng)和停止定時(shí)器。其中stop方法不需要參數(shù)，start則需要一個(gè)以秒為單位的定時(shí)間隔參數(shù)。start還有一個(gè)布爾型的默認(rèn)參數(shù)once，可以設(shè)置是否單次定時(shí)。once參數(shù)的默認(rèn)值為False，即默認(rèn)連續(xù)定時(shí);如果需要單次定時(shí)，只需要將once置為true即可。

def do_something(name, gender='male'): 
    print(time.time(), '定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù)' ) 
    print('name:%s, gender:%s'%(name, gender)) 
    time.sleep(5) 
    print(time.time(), '完成特定任務(wù)' ) 
 
timer = PyTimer(do_something, 'Alice', gender='female') 
timer.start(0.5, once=False) 
 
input('按回車鍵結(jié)束\n') # 此處阻塞主進(jìn)程 
timer.stop()

上面是使用PyTimer定時(shí)器以0.5秒鐘的間隔連續(xù)調(diào)用函數(shù)do_something的例子。這段代碼的運(yùn)行結(jié)果如下。

按回車鍵結(jié)束 
1627450313.425347 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450313.9226055 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450314.421761 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450314.9243422 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450315.422722 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450315.9200313 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450316.4204514 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450316.9215539 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450317.4228196 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450317.9245899 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450318.42355 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450318.4393418 完成特定任務(wù) 
1627450318.9251466 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450318.9395308 完成特定任務(wù) 
1627450319.4242043 完成特定任務(wù) 
1627450319.4242043 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450319.9253905 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female 
1627450319.9411068 完成特定任務(wù) 
1627450320.425871 完成特定任務(wù) 
1627450320.425871 定時(shí)時(shí)間到，執(zhí)行特定任務(wù) 
name:Alice, gender:female

雖然每個(gè)定時(shí)任務(wù)需要運(yùn)行5秒鐘，但每隔0.5秒都會(huì)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)一個(gè)新的線程運(yùn)行定時(shí)任務(wù)。從記錄可以看出，盡管每次定時(shí)任務(wù)的啟動(dòng)時(shí)間有幾個(gè)毫秒的誤差，但誤差不會(huì)累計(jì)，重復(fù)執(zhí)行的時(shí)間間隔均值始終穩(wěn)定在0.5秒。

【責(zé)任編輯：武曉燕 TEL：（010）68476606】

責(zé)任編輯：武曉燕來源： Python作業(yè)輔導(dǎo)員