Python 如何使高频线程与低频更新的类对话？ 总结

我正在做一个实时物理模拟，需要一个低增量。我已将此模拟连接到python arcade游戏窗口，以实时显示信息

我为物理制作了一个单独的线程，因为在物理线程中有一些昂贵的矩阵乘法。然后，当更新完成时，我设置游戏窗口类的结果状态，游戏窗口可以在绘制新帧时显示这些状态

因此，我的想法是，game window类只需担心屏幕上的绘图，而物理线程负责所有计算

然而，在游戏窗口和线程之间的通信中存在瓶颈，我不知道是否有幕后洞察

我想做的事情的最小表示：

导入线程
导入时间
输入数学
进口拱廊
类DisplayWindow（arcade.Window）：
定义初始化（自）：
超级（）
self.state=0
self.FPS=0
def设置_状态（自身、状态）：
self.state=状态
def on_更新（自身、增量时间：浮动）：
self.FPS=1./三角洲时间
def on_牵引（自）：
arcade.start_render（）
arcade.draw_text（f'FPS:{self.FPS:0.2f}'，20,20，arcade.color.WHITE）
拱廊。绘制矩形填充（中心x=self.state*self.width，
中心y=自身高度/2，
颜色=拱廊。颜色。白色，
倾斜角度=0，
宽度=10，
高度=10）
#线程来模拟物理。
def模拟（显示）：
t_0=时间。时间（）
尽管如此：
#需要高频率的昂贵计算：
t=time.time（）-t_0
x=数学sin（t）/2+0.5#用于演示的正弦曲线
#将其发送到显示窗口
显示。设置_状态（状态=x）
#时间。睡眠（0.1）#使用此选项运行更平稳
def main（）：
显示窗口=显示窗口（）
物理线程=线程。线程（目标=模拟，参数=（显示窗口），守护进程=真）
物理_thread.start（）
arcade.run（）
返回0
如果uuuu name uuuuuu='\uuuuuuu main\uuuuuuu'：
main（）

预期结果：高帧速率下的平滑模拟。拱廊窗口只需以30或60 fps的速度运行on_draw。它只需要画一些东西

实际结果：物理循环运行速度极快，并调用FPS drops

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当我将time.sleep（0.1）添加到物理线程中时，整个过程会变得更加平滑，我想出于某种原因，

set\u state（\u）

会减慢绘制循环。

Python线程可能不是您尝试执行的工作的理想工具

尽管人们可能会认为Python线程是并发运行的，但事实并非如此：全局解释器锁（GIL）只允许一个线程控制Python解释器

正因为如此，

arcade.Window

对象并没有及早获得控制Python解释器并运行其所有更新函数的机会，因为GIL在

物理线程的
模拟
函数中始终“关注”无限循环

在运行一定数量的指令或使用
time.sleep（）
将
physics\u线程设置为sleep后，GIL只会释放对
physics\u线程的关注，并在其他线程上寻找其他操作。这正是您在经验上发现的恢复程序预期行为的方法

这是一个称为线程饥饿的典型问题的示例，可以使用。这会带来更大的复杂性，但会将CPU密集型计算和基于事件的轻量级接口分离到不同的进程中，从而解决您的问题。
多亏了，我考虑使用而不是

multiprocessing.Pipe
对象确保了双向通信，使整个过程更加顺畅。我现在还可以确保模拟的实时运行

在两侧的每个更新循环中，只需使用
send（）
和
recv（）
命令即可。尚未测试边缘案例，但似乎工作顺利

我在上面发布的示例中添加了修改：

导入时间
进口拱廊
从多处理导入进程，管道
从数学输入sin，pi
类DisplayWindow（arcade.Window）：
def _初始__（自，连接：管道）：
super（）.\uuuu init\uuuu（500500）
self.connection:Pipe=连接#多处理.Pipe
self.position:float=0#GUI显示状态
self.user_输入：float=1.0#模拟输入
self.FPS:float=0#帧/秒估计
def on_更新（自身、增量时间：浮动）：
self.FPS=1./三角洲时间
#与仿真通信：
self.connection.send（self.user\u输入）
self.position=self.connection.recv（）
def on_牵引（自）：
arcade.start_render（）
arcade.draw_text（f'FPS:{self.FPS:0.0f}'，20,20，arcade.color.WHITE）
拱廊。绘制点（self.position，self.height/2，arcade.color.WHITE，10）
按键释放时的def（自身，符号：int，修饰符：int）：
如果symbol==arcade.key.W：
self.user_输入=1.8
elif symbol==arcade.key.S:
self.user_输入=0.3
#模拟物理的单独过程目标：
def模拟（连接：管道）：
t_0=时间。时间（）
尽管如此：
freq=connection.recv（）*2*pi#接收GUI用户输入
t=time.time（）-t_0
x=sin（频率*t）*250+250
连接。发送（x）#将状态发送到GUI
def main（）：
父管道，子管道=管道（）