使用Matplotlib、PyQt和线程进行实时绘图可能导致Python崩溃。

Question

使用Matplotlib、PyQt和线程进行实时绘图可能导致Python崩溃。

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我一直在与我的Python应用程序苦苦挣扎，但找不到任何答案。

我有一个使用Matplotlib小部件的PyQT GUI应用程序。GUI启动了一个新线程来处理对mpl小部件的绘图。我担心从另一个线程访问matplotlib绘图组件会导致竞争条件而崩溃。

这基本上就是我的代码的样子：

class Analyzer(QMainWindow, Ui_MainWindow):
  def __init__(self, parent=None):
    self.timer = QTimer()
    super(Analyzer, self).__init__(parent)
    self.setupUi(self)

    self.background = self.mpl.canvas.copy_from_bbox(self.mpl.canvas.ax.bbox)

    self.plotQueue = Queue.Queue()
    self.plotterStarted = False

    self.plotter = Plotter(self.mpl, self.plotQueue)
    self.cam = Cam(self.plotQueue, self.textEdit)
    ...

class Ui_MainWindow(object):
  def setupUi(self, MainWindow):
    ...
    self.mpl = MplWidget(self.centralWidget)
    ...

class MplWidget(QtGui.QWidget):
"""Widget defined in Qt Designer"""
  def __init__(self, parent = None):
    QtGui.QWidget.__init__(self, parent)
    self.canvas = MplCanvas()
    ...

class MplCanvas(FigureCanvas):
"""Class to represent the FigureCanvas widget"""
  def __init__(self):        
    # setup Matplotlib Figure and Axis
    self.fig = Figure()
    self.ax = self.fig.add_subplot(111)

    # initialization of the canvas
    FigureCanvas.__init__(self, self.fig)

    FigureCanvas.updateGeometry(self)

绘图机类：

class Plotter():
  def __init__(self, mpl="", plotQueue=""):
    self.mpl = mpl
    self.background = self.mpl.canvas.copy_from_bbox(self.mpl.canvas.ax.bbox)
    self.plotQueue = plotQueue
    ...
  def start(self):
    threading.Thread(target=self.run).start()

  ''' Real time plotting '''
  def run(self):
    while True:
      try:
        inputData = self.plotQueue.get(timeout=1)

        # Go through samples
        for samples in inputData:
            self.line, = self.mpl.canvas.ax.plot(x, y, animated=True, label='Jee')

            for sample in samples:
                x.append(sample['tick'])
                y.append(sample['linear'])

            self.line.set_data(x,y)
            self.mpl.canvas.ax.draw_artist(self.line)
            self.mpl.canvas.blit(self.mpl.canvas.ax.bbox)
         ...

我将mpl和plotQueue传递给Plotter类对象。PlotQueue是在Cam类中填充的，该类处理来自外部硬件的输入数据。Plotter读取plotQueue，对其进行处理并调用mpl的绘图功能。

但是这种访问mpl的方法是否线程安全？如果不是，我应该怎么做？对此有任何建议都将不胜感激。

编辑1：

我在主线程中添加了QTimer来处理绘图，如评论中所建议的。经过一些微调，我使其工作得相当好。

class Analyzer(...):
  def __init__(self, parent=None):
    QObject.connect(self.timer, SIGNAL("timeout()"), self.periodicCall)

  def periodicCall(self):
    self.plotter.draw()

  def startButton(self):
    self.timer.start(10)

非常感谢您提供有用的意见。

- PyTechnic

我记得读到过关于matplotlib在多线程方面存在问题的内容。大多数绘图命令应该非常快（并且您可以使用blitting来解决大多数缓慢的情况），请在主线程中执行它们。 - tacaswell

谢谢，这也是我一直在考虑的，但在这种情况下，我的主线程位于实现GUI的Analyzer类中。Analyzer类有按钮等，因此如果我在那里创建一个循环来读取队列并调用绘图，它会阻塞整个应用程序。我如何能在主线程中进行循环？我认为必须使用另一个线程进行绘图，但如何进行线程安全？我可以使用同步，但除了我的绘图方法之外，在哪里应该放置其他同步调用，它应该在matplotlib库的某个地方。 - PyTechnic

1个回答

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- three_pineapples · Accepted Answer

如果你的程序中使用了QT后端的matplotlib（我假设你是这样做的，因为你将其嵌入到了Qt应用程序中），那么绘图将在调用matplotlib命令的线程中完成。这会是个问题，因为Qt要求所有绘图都必须在主线程中完成。所以我相当确定你不能简单地修复它。（如果你使用GTK，你可以使用gtk锁来防止主进程在你从线程中进行GUI相关操作时与GUI交互，但Qt在v4及以上版本中取消了它们类似的锁）。

你有几个选择：

尝试将matplotlib的绘图部分（可能不可能）分离出来，并通过使用QApplication.postEvent()发送事件使其在主线程中运行。
不要使用线程，只需在主线程中使用回调函数（可以使用QTimer定期调用或程序处于空闲状态时调用）。由于Python GIL阻止了真正的多线程行为，因此这可能不会影响您的应用程序性能。
使用不同的绘图库。我最近看了一下PyQtGraph，它似乎发展得很好。从我短暂的浏览中，我认为它有能力为您处理所有这些后台工作，使用RemoteGraphicsView。这将启动第二个进程来执行CPU密集型的绘图工作，避免了前面提到的Python GIL问题。如果您感兴趣，请查看他们提供的示例。