Tkinter GUI、I/O 和线程：何时使用队列、何时使用事件？

我正在使用 TKinter 构建一个 GUI（用于与多通道分析仪的套接字连接），以定期（约 15 秒）接收和绘制数据（约 15.000.000 个值）。

在接收数据时，我不希望 GUI 冻结，因此我使用多线程进行连接处理、数据接收和绘图操作。正如可重现的代码中所示，我通过设置事件来完成此操作threading.Event()并处理一个又一个线程（几行代码initSettings() & acquireAndPlotData）。我唯一一次干扰 GUI 是在画布上绘图时，我使用 tkinter 来完成此操作after() method.

启动后，只要窗口打开并按预期工作，代码就会运行而不会冻结并接收和绘图。

当我阅读有关在 tkinter GUI 中处理阻塞 I/O 操作的内容时，我只找到了递归排队和检查队列的示例（使用Queue & after(), 1 https://medium.com/@mattia512maldini/how-to-setup-correctly-an-application-with-python-and-tkinter-107c6bc5a45 2 https://stupidpythonideas.blogspot.com/2013/10/why-your-gui-app-freezes.html 3 https://www.oreilly.com/library/view/python-cookbook/0596001673/ch09s07.html 4 https://www.thetopsites.net/article/54237067.shtml 5 https://benedictwilkinsai.github.io/post/tkinter-mp/），但我发现用它来处理这些操作更方便、更容易threading.Event().

现在我的问题是：

我是否使用了正确的方法或者我在这里遗漏了一些重要的东西？（关于线程安全，竞争条件，如果绘图失败并且花费的时间比数据获取的时间长怎么办？我没有想到的东西？不好的做法？等等......）

我将非常感谢您对此事的反馈！

可重现的代码

#####################*** IMPORTS ***#######################################################
import tkinter
from tkinter import ttk

from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg
from matplotlib.figure import Figure

import time
import threading

import numpy as np

################### *** FUNCTIONS *** #########################################################
# *** initializes two threads for initializing connection & receiving/plotting data ***
def onStartButtonClick(event):
    #
    init_settings_thread.start()
    acquire_and_plot_data_thread.start()
    #

# *** inizialize connection & set event when finished & ready for sending data ***
def initSettings():
    #time.sleep() simulates the time it takes to inizialize the connection
    time.sleep(2)
    start_data_acquisition_event.set()

# *** waiting for event/flag from initSettings() & start data receiving/plotting loop afer event set ***
def acquireAndPlotData():
    start_data_acquisition_event.wait()
    while start_data_acquisition_event.is_set():
        # time.sleep() simulates the time it takes the connection to fill up the buffer
        time.sleep(4)
        # send updateGuiFigure to tkinters event queue, so that it won't freeze
        root.after(0, updateGuiFigure)

# *** set new data points on existing plot & blit GUI canvas ***
def updateGuiFigure():
    # simulate data -> 15.000.000 points in real application
    line.set_xdata(np.random.rand(10))
    #
    line.set_ydata(np.random.rand(10))
    #
    plotting_canvas.restore_region(background)  # restore background
    ax.draw_artist(line)  # redraw just the line -> draw_artist updates axis
    plotting_canvas.blit(ax.bbox)  # fill in the axes rectangle
    #

# *** update background for resize events ***
def update_background(event):
    global background 
    background = plotting_canvas.copy_from_bbox(ax.bbox)

##########################*** MAIN ***#########################################################

# Init GUI
root = tkinter.Tk()

# Init frame & canvas
frame = ttk.Frame(root)
plotting_area = tkinter.Canvas(root, width=700, height=400)
#
frame.grid(row=0, column=1, sticky="n")
plotting_area.grid(row=0, column=0)

# Init button & bind to function onStartButtonClick
start_button = tkinter.Button(frame, text="Start")
start_button.bind("<Button-1>", onStartButtonClick)
start_button.grid(row=0, column=0)

# Init figure & axis
fig = Figure(figsize=(7, 4), dpi=100)
ax = fig.add_subplot(111)

# Connect figure to plotting_area from GUI
plotting_canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=plotting_area)

# Set axis
ax.set_title('Test')
ax.grid(True)
ax.set_xlabel('x-axis')
ax.set_ylabel('y-axis')
ax.set(xlim=[0,1], ylim=[0, 1])

# Init plot
line, = ax.plot([], [])
# if animated == True: artist (= line) will only be drawn when manually called draw_artist(line)
line.set_animated(True)

# Draw plot to GUI canvas
plotting_canvas.draw()
plotting_canvas.get_tk_widget().pack(fill=tkinter.BOTH)
background = plotting_canvas.copy_from_bbox(ax.bbox)  # cache background
plotting_canvas.mpl_connect('draw_event', update_background)  # update background with 'draw_event'

# Init threads
start_data_acquisition_event = threading.Event()
#
init_settings_thread = threading.Thread(name='init_settings_thread', target=initSettings, daemon=True)
acquire_and_plot_data_thread = threading.Thread(name='acquire_and_plot_data_thread', target=acquireAndPlotData, daemon=True)

# Start tkinter mainloop
root.mainloop()

使用多个类处理的代码片段示例如下所示（与上面的代码相同，但不可重现，可以忽略）：

def onStartButtonClick(self):
    #
    .
    # Disable buttons and get widget values here etc.
    .
    #
    self.start_data_acquisition_event = threading.Event()
    self.init_settings_thread = threading.Thread(target=self.initSettings)
    self.acquire_and_plot_data_thread = threading.Thread(target=self.acquireAndPlotData)
    #
    self.init_settings_thread.start()
    self.acquire_and_plot_data_thread.start()
    # FUNCTION END

def initSettings(self):
    self.data_handler.setInitSettings(self.user_settings_dict)
    self.data_handler.initDataAcquisitionObject()
    self.start_data_acquisition_event.set()

def acquireAndPlotData(self):
    self.start_data_acquisition_event.wait()
    while self.start_data_acquisition_event.is_set():
        self.data_handler.getDataFromDataAcquisitionObject()
        self.master.after(0, self.data_plotter.updateGuiFigure)

所以我这样做了，但我不知道它是否适合你，或者这是否是一个好方法，但它可以让你安全.after正如评论中所述，这有利于你的功能do_stuff仅在需要时调用。

import tkinter as tk
import time
import threading

def get_data():
    time.sleep(3)
    print('sleeped 3')
    _check.set(1)

def do_stuff():
    try:
        root.configure(bg='#'+str(_var.get()))
        _var.set(_var.get()+101010)
    except:
        _var.set(101010)

root = tk.Tk()
_check = tk.IntVar(value=0)
_var = tk.IntVar(value=101010)


def callback(event=None, *args):
    t1 = threading.Thread(target=get_data)
    t1.start()
    
    do_stuff()
    
_check.trace_add('write', callback) #kepp track of that variable and trigger callback if changed
callback() # start the loop



root.mainloop()

一些研究：

[Tcl] https://hg.python.org/cpython/file/05e8f92b58ff/Modules/_tkinter.c#l142

解释器仅在创建它的线程中有效，并且所有 Tk 活动也必须发生在该线程中。这意味着 mainloop 必须在创建该线程的线程中调用 口译员。可以从其他线程调用命令； _tkinter 将为解释器线程排队一个事件，这将 然后执行命令并传回结果。

#l1493 https://hg.python.org/cpython/file/05e8f92b58ff/Modules/_tkinter.c#l1483 var_invoke

 The current thread is not the interpreter thread.  Marshal

       the call to the interpreter thread, then wait for

       completion. */

    if (!WaitForMainloop(self))

        return NULL;

在 python 线程中使用 intvar-doublevar 是否安全 https://stackoverflow.com/questions/25351829/is-it-safe-to-use-a-intvar-doublevar-in-a-python-thread

当你设置一个变量时，它会调用 globalsetvar 方法 与变量关联的主小部件。 _tk.globalsetvar 方法是用C实现的，内部调用var_invoke，即 内部调用 WaitForMainLoop，它将尝试调度 在主线程中执行的命令，如引用中所述 来自我上面包含的 _tkinter 来源。

wiki.tcl https://wiki.tcl-lang.org/page/Tcl+event+loop

     Start
       |
       |<----------------------------------------------------------+
       v                                                           ^
   Do I have    No[*]  Calculate how            Sleep for at       |
   work to do?  -----> long I may sleep  -----> most that much --->|
       |                                        time               |
       | Yes                                                       |
       |                                                           |
       v                                                           |
   Do one callback                                                 |
       |                                                           |
       +-----------------------------------------------------------+

常识

from 错误跟踪器 https://bugs.python.org/msg316447:

Tkinter 和线程。

如果你想同时使用 tkinter 和线程，最安全的方法是 在主线程中进行所有 tkinter 调用。如果工作线程生成 tkinter调用所需的数据，使用queue.Queue将数据发送到 主线程。为了干净关闭，添加一个方法来等待 当窗口关闭按钮 [X] 按下时，线程停止并调用它 按下。

effbot http://effbot.org/zone/tkinter-threads.htm

只需在主线程中运行所有 UI 代码，然后让编写者写入 一个队列对象；例如

结论

你做的方式和我做的方式似乎并不一样ideal https://stackoverflow.com/a/10556698/13629335但他们似乎一点都没有错。这取决于需要什么。