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多进程(multiprocessing module)

时间:2018-07-22 00:32:49      阅读:206      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:数据共享   性能   get   图片   python对象   提示   因此   manager   super   

一、多进程

1.1 多进程的概念

  由于GIL的存在,python中的多线程其实并不是真正的多线程,如果想要充分地使用多核CPU的资源,在python中大部分情况需要使用多进程。Python提供了非常好用的多进程包multiprocessing,只需要定义一个函数,Python会完成其他所有事情。借助这个包,可以轻松完成从单进程到并发执行的转换。multiprocessing支持子进程、通信和共享数据、执行不同形式的同步,提供了Process、Queue、Pipe、Lock等组件。

  multiprocessing包是Python中的多进程管理包。与threading.Thread类似,它可以利用multiprocessing.Process对象来创建一个进程。该进程可以运行在Python程序内部编写的函数。该Process对象与Thread对象的用法相同,也有start(), run(), join()的方法。此外multiprocessing包中也有Lock/Event/Semaphore/Condition类 (这些对象可以像多线程那样,通过参数传递给各个进程),用以同步进程,其用法与threading包中的同名类一致。所以,multiprocessing的很大一部份与threading使用同一套API,只不过换到了多进程的情境。

但在使用这些共享API的时候,我们要注意以下几点:

  a、在UNIX平台上,当某个进程终结之后,该进程需要被其父进程调用wait,否则进程成为僵尸进程(Zombie)。所以,有必要对每个Process对象调用join()方法 (实际上等同于wait)。对于多线程来说,由于只有一个进程,所以不存在此必要性。

  b、Windows系统下,需要注意的是要想启动一个子进程,必须加上 if __name__ == "__main__",进程相关的要写在这句下面。

1.2 创建进程的两种方式

直接创建:

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 1 from multiprocessing import Process
 2 import time
 3 def f(name):
 4     time.sleep(1)
 5     print(hello, name,time.ctime())
 6 
 7 if __name__ == __main__:
 8     p_list=[]
 9     for i in range(3):
10         p = Process(target=f, args=(alvin,))
11         p_list.append(p)
12         p.start()
13     for i in p_list:
14         p.join()
15     print(end)
Demo1

类式调用:

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 1 from multiprocessing import Process
 2 import time
 3 
 4 class MyProcess(Process):
 5     def __init__(self):
 6         super(MyProcess, self).__init__()
 7         #self.name = name
 8 
 9     def run(self):
10         time.sleep(1)
11         print (hello, self.name,time.ctime())
12 
13 
14 if __name__ == __main__:
15     p_list=[]
16     for i in range(3):
17         p = MyProcess()
18         p.start()
19         p_list.append(p)
20 
21     for p in p_list:
22         p.join()
23 
24     print(end)
Demo2

二、Process类

2.1 构造方法

   Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

  group: 线程组,目前还没有实现,库引用中提示必须是None; 
  target: 要执行的方法; 
  name: 进程名; 
  args/kwargs: 要传入方法的参数。

2.2 实例方法

   is_alive():返回进程是否在运行。

  join([timeout]):阻塞当前上下文环境的进程程,直到调用此方法的进程终止或到达指定的timeout(可选参数)。

  start():进程准备就绪,等待CPU调度

  run():strat()调用run方法,如果实例进程时未制定传入target,这star执行t默认run()方法。

  terminate():不管任务是否完成,立即停止工作进程

2.3 属性

    authkey

  daemon:和线程的setDeamon功能一样

  exitcode(进程在运行时为None、如果为–N,表示被信号N结束)

  name:进程名字。

  pid:进程号。

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 1 import time
 2 from  multiprocessing import Process
 3 
 4 def foo(i):
 5     time.sleep(1)
 6     print (p.is_alive(),i,p.pid)
 7     time.sleep(1)
 8 
 9 if __name__ == __main__:
10     p_list=[]
11     for i in range(10):
12         p = Process(target=foo, args=(i,))
13         #p.daemon=True
14         p_list.append(p)
15 
16     for p in p_list:
17         p.start()
18     # for p in p_list:
19     #     p.join()
20 
21     print(main process end)
Demo

三、进程间通信

不同进程间内存是不共享的,要想实现两个进程间的数据交换,可以用以下方法:

3.1 Queues 使用方法跟threading里的queue类似 --> 将q作为参数传递给子进程。

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 1 from multiprocessing import Process, Queue
 2 
 3 def f(q,n):
 4     q.put([42, n, hello])
 5 
 6 if __name__ == __main__:
 7     q = Queue()
 8     p_list=[]
 9     for i in range(3):
10         p = Process(target=f, args=(q,i))
11         p_list.append(p)
12         p.start()
13     print(q.get())
14     print(q.get())
15     print(q.get())
16     for i in p_list:
17             i.join()
Demo1

3.2 Pipes --> 通过管道Pipe实现。

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 1 from multiprocessing import Process, Pipe
 2  
 3 def f(conn):
 4     conn.send([42, None, hello])
 5     conn.close()
 6  
 7 if __name__ == __main__:
 8     parent_conn, child_conn = Pipe()
 9     p = Process(target=f, args=(child_conn,))
10     p.start()
11     print(parent_conn.recv())   # prints "[42, None, ‘hello‘]"
12     p.join()
Demo2

3.3 数据共享(Manager)

Manager()返回的管理器对象控制一个服务器进程,该进程保存Python对象并允许其他进程使用代理操作它们。

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 1 from multiprocessing import Process, Manager
 2 
 3 def f(d, l,n):
 4     d[n] = 1
 5     d[2] = 2
 6     d[0.25] = None
 7     l.append(n)
 8     print(l)
 9 
10 if __name__ == __main__:
11     with Manager() as manager:
12         d = manager.dict()
13 
14         l = manager.list(range(5))
15         p_list = []
16         for i in range(10):
17             p = Process(target=f, args=(d, l,i))
18             p.start()
19             p_list.append(p)
20         for res in p_list:
21             res.join()
22 
23         print(d)
24         print(l)
Demo

3.4 进程同步

Without using the lock output from the different processes is liable to get all mixed up.  如果不使用来自不同进程的锁定输出,则可能会混淆不清。

 1 from multiprocessing import Process, Lock
 2 
 3 def f(l, i):
 4     l.acquire()
 5     try:
 6         print(hello world, i)
 7     finally:
 8         l.release()
 9 
10 if __name__ == __main__:
11     lock = Lock()
12 
13     for num in range(10):
14         Process(target=f, args=(lock, num)).start()

3.5 进程池

进程池内部维护一个进程序列,当使用时,则去进程池中获取一个进程,如果进程池序列中没有可供使用的进程,那么程序就会等待,直到进程池中有可用进程为止。

进程池中有两个方法:

  • apply
  • apply_async
 1 from  multiprocessing import Process,Pool
 2 import time
 3  
 4 def Foo(i):
 5     time.sleep(2)
 6     return i+100
 7  
 8 def Bar(arg):
 9     print(-->exec done:,arg)
10  
11 pool = Pool(5)
12  
13 for i in range(10):
14     pool.apply_async(func=Foo, args=(i,),callback=Bar)
15     #pool.apply(func=Foo, args=(i,))
16  
17 print(end)
18 pool.close()
19 pool.join()

四、协程

协程,又称微线程,纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程:协程是一种用户态的轻量级线程

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此:

协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态,换种说法:进入上一次离开时所处逻辑流的位置。

协程的好处:

  • 无需线程上下文切换的开销
  • 无需原子操作锁定及同步的开销
  • "原子操作(atomic operation)是不需要synchronized",所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch (切换到另一个线程)。原子操作可以是一个步骤,也可以是多个操作步骤,但是其顺序是不可以被打乱,或者切割掉只执行部分。视作整体是原子性的核心。
  • 方便切换控制流,简化编程模型
  • 高并发+高扩展性+低成本:一个CPU支持上万的协程都不是问题。所以很适合用于高并发处理。

 

缺点:

  • 无法利用多核资源:协程的本质是个单线程,它不能同时将 单个CPU 的多个核用上,协程需要和进程配合才能运行在多CPU上.当然我们日常所编写的绝大部分应用都没有这个必要,除非是cpu密集型应用。
  • 进行阻塞(Blocking)操作(如IO时)会阻塞掉整个程序

4.1 使用yield实现协程操作

 1 import time 
2 import queue
3
def consumer(name): 4 print("--->starting eating baozi...") 5 while True: 6 new_baozi = yield 7 print("[%s] is eating baozi %s" % (name,new_baozi)) 8 #time.sleep(1) 9 10 def producer(): 11 12 r = con.__next__() 13 r = con2.__next__() 14 n = 0 15 while n < 5: 16 n +=1 17 con.send(n) 18 con2.send(n) 19 print("\033[32;1m[producer]\033[0m is making baozi %s" %n ) 20 21 22 if __name__ == __main__: 23 con = consumer("c1")    # 创建生成器对象 24 con2 = consumer("c2")    # 创建生成器对象 25 p = producer()        # 执行producer函数

协程标准定义,即符合什么条件就能称之为协程:

  1. 必须在只有一个单线程里实现并发
  2. 修改共享数据不需加锁
  3. 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
  4. 一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程

基于上面这4点定义,我们刚才用yield实现的程并不能算是合格的线程,因为它有一点功能没实现。

4.2 Greenlet

greenlet是一个用C实现的协程模块,相比与python自带的yield,它可以使你在任意函数之间随意切换,而不需把这个函数先声明为generator

 1 # -*- coding:utf-8 -*-
 2  
 3  
 4 from greenlet import greenlet
 5  
 6 def test1():
 7     print(12)
 8     gr2.switch()
 9     print(34)
10     gr2.switch()
11  
12 def test2():
13     print(56)
14     gr1.switch()
15     print(78)
16  
17 gr1 = greenlet(test1)
18 gr2 = greenlet(test2)
19 gr1.switch()

感觉确实用着比generator还简单了,但好像还没有解决一个问题,就是遇到IO操作,自动切换,并不对。

4.3 Gevent 

Gevent 是一个第三方库,可以轻松通过gevent实现并发同步或异步编程,在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C扩展模块形式接入Python的轻量级协程。 Greenlet全部运行在主程序操作系统进程的内部,但它们被协作式地调度。

 1 import gevent
 2  
 3 def func1():
 4     print(\033[31;1m李闯在跟海涛搞...\033[0m)
 5     gevent.sleep(2)
 6     print(\033[31;1m李闯又回去跟继续跟海涛搞...\033[0m)
 7  
 8 def func2():
 9     print(\033[32;1m李闯切换到了跟海龙搞...\033[0m)
10     gevent.sleep(1)
11     print(\033[32;1m李闯搞完了海涛,回来继续跟海龙搞...\033[0m)
12  
13  
14 gevent.joinall([
15     gevent.spawn(func1),
16     gevent.spawn(func2),
17     #gevent.spawn(func3),
18 ])

输出:

李闯在跟海涛搞...
李闯切换到了跟海龙搞...
李闯搞完了海涛,回来继续跟海龙搞...
李闯又回去跟继续跟海涛搞...

五、补充

5.1 同步与异步的性能区别

 1 import gevent
 2  
 3 def task(pid):
 4     """
 5     Some non-deterministic task
 6     """
 7     gevent.sleep(0.5)
 8     print(Task %s done % pid)
 9  
10 def synchronous():
11     for i in range(1,10):
12         task(i)
13  
14 def asynchronous():
15     threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)]
16     gevent.joinall(threads)
17  
18 print(Synchronous:)
19 synchronous()
20  
21 print(Asynchronous:)
22 asynchronous()

上面程序的重要部分是将task函数封装到Greenlet内部线程的gevent.spawn。 初始化的greenlet列表存放在数组threads中,此数组被传给gevent.joinall 函数,后者阻塞当前流程,并执行所有给定的greenlet。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。

5.2 遇到IO阻塞时会自动切换任务(gevent 库中的 monkey 方法)--> 补丁

  ------->能够最大程度监听IO阻塞,提高效率。

 1 from gevent import monkey
 2 monkey.patch_all()
 3 
 4 import gevent
 5 from  urllib.request import urlopen
 6  
 7 def f(url):
 8     print(GET: %s % url)
 9     resp = urlopen(url)
10     data = resp.read()
11     print(%d bytes received from %s. % (len(data), url))
12  
13 gevent.joinall([
14         gevent.spawn(f, https://www.python.org/),
15         gevent.spawn(f, https://www.yahoo.com/),
16         gevent.spawn(f, https://github.com/),
17 ])

多进程(multiprocessing module)

标签:数据共享   性能   get   图片   python对象   提示   因此   manager   super   

原文地址:https://www.cnblogs.com/horror/p/9348285.html

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