基于Python怎样实现简单的定时器
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摘要: 所谓定时器,是指间隔特定时间执行特定任务的机制。几乎所有的编程语言,都有定时器的实现。比如,Java有util.Timer和util.TimerTask,JavaScript有setInterval和setTimeout,可以实现非常复杂的定时任务处理。然而,牛叉到无所不能的Python,却没有一个像样的定时器,实在令人难以理解。刚入门的同学一定会说:不是有个t... ...
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(为您整理了一些要点),点击可以直达。所谓定时器,是指间隔特定时间执行特定任务的机制。几乎所有的编程语言,都有定时器的实现。比如,Java有util.Timer和util.TimerTask,JavaScript有setInterval和setTimeout,可以实现非常复杂的定时任务处理。然而,牛叉到无所不能的Python,却没有一个像样的定时器,实在令人难以理解。
刚入门的同学一定会说:不是有个time.sleep吗?定好闹钟睡大觉,闹钟一响,起来干活,这不就是一个定时器吗?没错,time.sleep具备定时器的基本要素,但若作为定时器使用,则有两个致命的缺陷:一是阻塞主线程,睡觉的时候不能做任何事情;二是醒来以后需要主线程执行定时任务——即便使用线程技术,也得先由主线程来创建子线程。
说到这里,熟悉线程模块threading的同学也许会说:threading.Timer就是以线程方式运行的呀,既不会阻塞主线程,执行定时任务也无需主线程干预,这不就是一个完美的定时器吗?
我们先来看看threading.Timer是如何工作的。下面这段代码演示了threading.Timer的基本用法:启动定时器2秒钟后以线程方式调用函数do_something,在定时器等待的2秒钟内,以及do_something运行期间,主线程仍然可以做其他工作——此处是从键盘读取输入,借以阻塞主线程,以便观察定时器的工作情况。
importtimeimportthreadingdefdo_something(name,gender='male'):print(time.time(),'定时时间到,执行特定任务')print('name:%s,gender:%s'%(name,gender))timer=threading.Timer(2,do_something,args=('Alice',),kwargs={'gender':'female'})timer.start()print(time.time(),'定时开始时间')input('按回车键结束\n')#此处阻塞住进程
正如我们所期待的那样,定时器启动2秒钟后,函数do_something被调用,这期间可以随时敲击回车键结束程序。这段代码的运行结果如下。
1627438957.4297626 定时开始时间
按回车键结束
1627438959.4299397 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
从使用效果看,threading.Timer称得上是一款简洁易用的定时器。不过,threading.Timer存在明显的短板,那就是不支持连续的定时任务,比如,每隔2秒钟调用一次do_something函数。如果一定要用threading.Timer实现连续定时,只能用类似嵌套的变通方法,在do_something函数中再次启动定时器。
importtimeimportthreadingdefdo_something(name,gender='male'):globaltimertimer=threading.Timer(2,do_something,args=(name,),kwargs={'gender':gender})timer.start()print(time.time(),'定时时间到,执行特定任务')print('name:%s,gender:%s'%(name,gender))time.sleep(5)print(time.time(),'完成特定任务')timer=threading.Timer(2,do_something,args=('Alice',),kwargs={'gender':'female'})timer.start()input('按回车键结束\n')#此处阻塞住进程
这段代码重新定义了do_something函数,在函数开始位置启动下一次的定时任务。之所以放在开始位置,是为了保证两次定时之间的时间间隔尽可能精确。饶是如此,下面的运行结果显示,两次定时之间的时间间隔比设计的2秒钟多了大约10毫秒,且误差是连续累计的,重复执行100次,误差将会超过1秒钟。
按回车键结束
1627440628.683803 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627440630.6929214 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627440632.707388 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627440633.6890671 完成特定任务
1627440634.722474 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627440635.7092102 完成特定任务
1627440636.7277966 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
针对连续的定时任务,threading.Timer的表现还算差强人意,只是这种嵌套的写法完全颠覆了代码美学。对于像我这样有代码洁癖的程序员来说,是无法容忍和不可接受的。在我看来,一个完美的定时器应该满足以下5个条件,具备下图所示的结构。
不阻塞主线程
同时支持单次定时和连续定时
以线程或进程方式执行定时任务
定时任务的线程或进程的创建、运行,不影响定时精度
足够精确的定时精度,且误差不会累计
既然Python没有提供一个像样的定时器,那就自己写一个吧。下面这个定时器,满足上面提到的5个条件,最短时间间隔可以低至10毫秒,且误差不会累计。虽然还不够完美,但无论结构还是精度,都还说得过去。
importtimeimportthreadingclassPyTimer:"""定时器类"""def__init__(self,func,*args,**kwargs):"""构造函数"""self.func=funcself.args=argsself.kwargs=kwargsself.running=Falsedef_run_func(self):"""运行定时事件函数"""th=threading.Thread(target=self.func,args=self.args,kwargs=self.kwargs)th.setDaemon(True)th.start()def_start(self,interval,once):"""启动定时器的线程函数"""ifinterval<0.010:interval=0.010ifinterval<0.050:dt=interval/10else:dt=0.005ifonce:deadline=time.time()+intervalwhiletime.time()<deadline:time.sleep(dt)#定时时间到,调用定时事件函数self._run_func()else:self.running=Truedeadline=time.time()+intervalwhileself.running:whiletime.time()<deadline:time.sleep(dt)#更新下一次定时时间deadline+=interval#定时时间到,调用定时事件函数ifself.running:self._run_func()defstart(self,interval,once=False):"""启动定时器interval-定时间隔,浮点型,以秒为单位,最高精度10毫秒once-是否仅启动一次,默认是连续的"""th=threading.Thread(target=self._start,args=(interval,once))th.setDaemon(True)th.start()defstop(self):"""停止定时器"""self.running=False
定时器类PyTimer实例化时,需要传入定时任务函数。如果定时任务函数有参数,也可以按照位置参数、关键字参数的顺序一并提供。PyTimer定时器提供start和stop两个方法,用于启动和停止定时器。其中stop方法不需要参数,start则需要一个以秒为单位的定时间隔参数。start还有一个布尔型的默认参数once,可以设置是否单次定时。once参数的默认值为False,即默认连续定时;如果需要单次定时,只需要将once置为true即可。
defdo_something(name,gender='male'):print(time.time(),'定时时间到,执行特定任务')print('name:%s,gender:%s'%(name,gender))time.sleep(5)print(time.time(),'完成特定任务')timer=PyTimer(do_something,'Alice',gender='female')timer.start(0.5,once=False)input('按回车键结束\n')#此处阻塞住进程timer.stop()
上面是使用PyTimer定时器以0.5秒钟的间隔连续调用函数do_something的例子。这段代码的运行结果如下。
按回车键结束
1627450313.425347 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450313.9226055 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450314.421761 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450314.9243422 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450315.422722 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450315.9200313 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450316.4204514 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450316.9215539 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450317.4228196 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450317.9245899 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450318.42355 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450318.4393418 完成特定任务
1627450318.9251466 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450318.9395308 完成特定任务
1627450319.4242043 完成特定任务
1627450319.4242043 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450319.9253905 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
1627450319.9411068 完成特定任务
1627450320.425871 完成特定任务
1627450320.425871 定时时间到,执行特定任务
name:Alice, gender:female
虽然每个定时任务需要运行5秒钟,但每隔0.5秒都会准时启动一个新的线程运行定时任务。从记录可以看出,尽管每次定时任务的启动时间有几个毫秒的误差,但误差不会累计,重复执行的时间间隔均值始终稳定在0.5秒。
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