Python程序开发案例教程（第2版）教案 教学设计 第12章 进程和线程

博学谷——让IT教学更简单，让IT学习更有效PAGE12PAGE3《Python程序开发案例教程（第2版）》教学设计课程名称：授课年级：授课学期：教师姓名：年月课题名称第12章进程和线程计划课时8课时教学引入在计算机中，我们经常需要处理多个任务，例如同时下载文件、播放音乐和处理用户输入。为了能高效地同时处理多个任务，Python提供了多任务编程的解决方案，其中核心概念是进程和线程。通过灵活运用多进程和多线程的特性，我们能够提高程序的运行效率，实现快速响应和同时处理大量任务的能力，从而满足日益增长的计算需求。本章将针对Python中与进程和线程相关的内容进行详细地讲解。教学目标使学生了解进程，能够说出进程的概念、状态以及分类使学生掌握进程的创建方式，能够通过multiprocessing模块的Process类和Pool类创建并启动进程使学生使学生掌握进程通信的方式，能够通过multiprocessing模块的类Queue实现进程通信的操作使学生了解线程，能够说出线程的概念以及状态使学生掌握线程的创建与启动，能够通过threading模块的Thread类或子类创建线程使学生掌握线程的阻塞方式，能够通过join()方法阻塞线程使学生了解线程锁，能够说出线程锁的用途使学生掌握互斥锁的实现方式，能够通过threading模块的Lock类创建互斥锁使学生掌握可重入锁的实现方式，能够通过threading模块的RLock类创建可重入锁使学生了解线程同步，能够说出线程同步机制的特点使学生掌握线程同步的实现方式，能够通过，threading模块的Condition类和queue模块的Queue类实现线程同步教学重点通过Process类创建进程通过Pool类批量创建进程进程间通信线程的创建和启动线程阻塞互斥锁死锁可重复入锁通过Condition类实现线程同步通过Queue类实现线程同步教学难点线程的创建和启动线程阻塞互斥锁死锁可重复入锁通过Condition类实现线程同步通过Queue类实现线程同步教学方式课堂教学以PPT讲授为主，并结合多媒体进行教学教学过程第一课时（进程的概念、进程的状态、进程相关的概念、通过fork()函数创建进程）一、复习巩固教师通过上节课作业的完成情况，对学生吸收不好的知识点进行再次巩固讲解。通过直接引入的方式导入新课程序是一个静态的实体，它由程序设计语言编写的一系列指令组成，但是在未经编译和执行之前，这些指令并不会产生实际的动作。程序需要通过编译和执行才能实现所设计的功能，一旦程序开始执行，它就会成为一个活动的实体。本节将对什么是进程、进程的状态、进程相关的概念、通过fork()函数创建进程进行介绍。知识点1-进程的概念教师通过PPT讲解进程的概念。介绍什么是进程介绍进程的组成部分控制块程序段数据段知识点2-进程的状态教师通过PPT讲解进程的状态。介绍进程的5种状态新建态就绪态运行态阻塞态终止态介绍进程状态切换过程知识点3-进程相关的概念教师通过PPT讲解进程相关的概念。介绍进程相关的概念父进程子进程主进程进程ID前台进程后台进程守护进程知识点4-通过fork()函数创建进程教师通过PPT讲解通过fork()函数创建进程。介绍fork()函数的使用通过示例代码演示fork()函数的使用三、归纳总结教师回顾本节课所讲的内容，并通过测试题的方式引导学生解答问题并给予指导。四、布置作业教师通过高校教辅平台（）布置本节课作业以及下节课的预习作业。第二课时（通过Process类创建进程、通过Pool类批量创建进程、进程间通信）一、复习巩固教师通过上节课作业的完成情况，对学生吸收不好的知识点进行再次巩固讲解。二、通过直接引入的方式导入新课在上一节中，我们介绍了什么是进程、进程的状态、进程相关的概念、通过fork()函数创建进程，在本节中将对通过Process类创建进程、通过Pool类批量创建进程、进程间通信进行介绍。三、新课讲解知识点1-通过Process类创建进程教师通过PPT讲解通过Process类创建进程。（1）通过Process类创建子进程（2）通过继承Process类的方式创建子进程知识点2-通过Pool类批量创建进程教师通过PPT讲解通过Pool类批量创建进程。介绍使用Pool类创建进程池对象介绍Pool类中常用方法进程池非阻塞式添加任务进程池阻塞式添加任务知识点3-进程间通信教师通过PPT讲解进程间通信。介绍Queue类的使用介绍put()方法的使用介绍get()方法的使用四、归纳总结教师回顾本节课所讲的内容，并通过测试题的方式引导学生解答问题并给予指导。五、布置作业教师通过高校教辅平台（）布置本节课作业以及下节课的预习作业。第三课时（线程的概念、线程的创建和启动、线程阻塞）一、复习巩固教师通过上节课作业的完成情况，对学生吸收不好的知识点进行再次巩固讲解。二、通过直接引入的方式导入新课在上一节中介绍了通过Process类创建进程、通过Pool类批量创建进程、进程间通信，在本节中将对线程的概念、线程的创建和启动、线程阻塞进行介绍。三、新课讲解知识点1-线程的概念教师通过PPT讲解线程概念。介绍什么是线程介绍线程的类型主线程子线程守护线程前台线程线程的状态新建态就绪态运行态阻塞态消亡态知识点2-线程的创建和启动教师通过PPT讲解线程的创建和启动。通过Thread类创建线程通过示例代码演示Thread类创建线程通过Thread类的子类创建线程通过示例代码演示通过Thread类的子类创建线程知识点3-线程阻塞教师通过PPT讲解线程阻塞。介绍join()方法的使用通过示例代码演示join()方法的使用四、归纳总结教师回顾本节课所讲的内容，并通过测试题的方式引导学生解答问题并给予指导。五、布置作业教师通过高校教辅平台（）布置本节课作业以及下节课的预习作业。第四课时（线程锁概述、互斥锁、死锁）一、复习巩固教师通过上节课作业的完成情况，对学生吸收不好的知识点进行再次巩固讲解。二、通过直接引入的方式导入新课在上一节中介绍了线程的概念、线程的创建和启动、线程阻塞，在本节中将对线程锁概述、互斥锁、死锁进行介绍。三、新课讲解知识点1-线程锁概述教师通过PPT讲解线程锁概述。介绍什么是线程锁通过示例介绍线程锁产生的情况知识点2-互斥锁教师通过PPT讲解互斥锁。介绍什么是互斥锁介绍互斥锁的状态锁定非锁定介绍通过Lock类创建互斥锁介绍上锁方法acquire()的使用介绍解锁方法release()的使用通过示例代码演示互斥锁的使用知识点4-实例3：死锁教师通过PPT讲解死锁。介绍什么是互斥锁介绍产生死锁的情况上锁与解锁次数不匹配两个线程互相使用对方的互斥锁四、归纳总结教师回顾本节课所讲的内容，并通过测试题的方式引导学生解答问题并给予指导。五、布置作业教师通过高校教辅平台（）布置本节课作业以及下节课的预习作业。第五课时（可重入锁、线程同步概述、通过Condition类实现线程同步）一、复习巩固教师通过上节课作业的完成情况，对学生吸收不好的知识点进行再次巩固讲解。二、通过直接引入的方式导入新课在上一节中介绍了线程锁概述、互斥锁、死锁，在本节中将对可重入锁、线程同步概述、通过Condition类实现线程同步进行介绍。三、新课讲解知识点1-可重入锁教师通过PPT讲解可重入锁。介绍什么是可重入锁介绍通过RLock类创建可重入锁介绍RLock类中常用属性的含义_block_owner_count通过示例代码演示可重入锁的使用知识点2-线程同步概述教师通过PPT讲解线程同步概述。介绍什么是线程同步介绍线程同步的特点知识点3-通过Condition类实现线程同步教师通过PPT讲解通过Condition类实现线程同步。介绍Condition类的作用介绍Condition类常用方法的含义wait()notify()notify_all()通过示例代码演示Condition类的使用四、归纳总结教师回顾本节课所讲的内容，并通过测试题的方式引导学生解答问题并给予指导。五、布置作业教师通过高校教辅平台（）布置本节课作业以及下节课的预习作业。第六课时（通过Queue类实现线程同步、实例：生产者与消费者模式）一、复习巩固教师通过上节课作业的完成情况，对学生吸收不好的知识点进行再次巩固讲解。二、通过直接引入的方式导入新课在上一节中介绍了可重入锁、线程同步锁概述、通过Condition类实现线程同步，在本节中将对通过Queue类实现线程同步、实例：生产者与消费者模式进行介绍。三、新课讲解知识点1-通过Queue类实现线程同步教师通过PPT讲解通过Queue类实现线程同步。介绍Queue类的作用介绍Queue类参数的含义介绍Queue类常用方法qsize()empty()full()put()put_nowait()get()get_nowait()通过示例代码演示Queue类的使用知识点2-实例：身份证归属地查询教师通过PPT结合实操的形式讲解实例：生产者与消费者模式。（1）通过PPT介绍任务案例需求。（2）通过PPT介绍任务案例分析思路。（3）在PyCharm中实现实例：生产者与消费者模式代码。四、归纳总结教师回顾本节课所讲的内容，并通过测试题的方式引导学生解答问题并给予指导。五、布置作业教师通过高校教辅平台（）布置本节课作业以及下节课的预习作业。第七、八课时（上机练习）上机练习主要针对本章中需要重点掌握的知识点，以及在程序中容易出错的内容进行练习，通过上机练习可以考察同学对知识点的掌握情况，对代码的熟练程度。上机一：（考察知识点为：通过Process类创建进程、通过Pool类批量创建进程、进程间通信）形式：单独完成题目：练习使用Process类创建进程练习使用Pool类批量创建进程练习使用Queue类实现进程间通信上机二：（考察知识点为：线程的创建和启动、线程阻塞、互斥锁）形式：单独完成题目：练习使用Thread类创建线程练习使用Thread类的子类创建线程练习join()方法实现线