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2022-09-20
【2020Python修炼记】python并发编程(三)多进程-应用部分(python 并发编程)
一、 multiprocessing模块介绍
# python中的多线程无法利用多核优势,如果想要充分地使用多核CPU的资源(os.cpu_count()查看),在python中大部分情况需要使用多进程。
# Python提供了multiprocessing 模块——
# 作用:multiprocessing模块用来开启子进程,并在子进程中执行我们定制的任务(比如函数),该模块与多线程模块threading的编程接口类似
# 功能:multiprocessing模块的功能众多: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。
PS:需要再次强调的一点是:与线程不同,进程没有任何共享状态,进程修改的数据,改动仅限于该进程内。
二、 process类的介绍
1、创建进程的 类 process
Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]]),
由该类实例化得到的对象,表示一个子进程中的任务(尚未启动)
强调:
1、需要使用关键字的方式来指定参数 eg: Process(target=task, args=('jason',))
2、group 参数未使用,值始终为None
3、target 表示调用对象,即子进程要执行的任务
4、args 表示调用对象target函数的位置参数元组,args=(1,2,'egon',) ,(元组形式,用逗号隔开元素,末尾一定必须有逗号)
5、kwargs 表示调用对象的字典,kwargs={'name':'egon','age':18}
6、name 为子进程的名称
2、方法介绍
1、p.start()
启动进程,并调用该子进程中的p.run()
2、p.run()
进程启动时运行的方法,正是它去调用target指定的函数,我们自定义类的类中一定要实现该方法
3、p.terminate()
强制终止进程p,不会进行任何清理操作,如果p创建了子进程,该子进程就成了僵尸进程,使用该方法需要特别小心这种情况。
如果p还保存了一个锁那么也将不会被释放,进而导致死锁
4、p.is_alive()
如果p仍然运行,返回True
5、p.join([timeout])
主线程等待p终止(强调:是主线程处于等的状态,而p是处于运行的状态)。
timeout是可选的超时时间,需要强调的是,p.join只能join住start开启的进程,而不能join住run开启的进程
3、属性介绍
1、p.daemon
默认值为False,如果设为True,代表p为后台运行的守护进程,当p的父进程终止时,p也随之终止,
并且设定为True后,p不能创建自己的新进程,必须在p.start()之前设置
2、p.name 进程的名称
3、p.pid 当前进程的pid
4、p.ppid 当前进程的父进程的pid
5、p.exitcode
进程在运行时为None、如果为–N,表示被信号N结束(了解即可)
6、p.authkey
进程的身份验证键,默认是由os.urandom()随机生成的32字符的字符串。
这个键的用途是为涉及网络连接的底层进程间通信提供安全性,这类连接只有在具有相同的身份验证键时才能成功(了解即可)
三、 process类的使用
# windows操作系统下 创建进程一定要在main内创建,
因为windows下创建进程类似于模块导入的方式,会从上往下依次执行代码
# linux中则是直接将代码完整地拷贝一份
注意:在windows中,Process() 必须放到 # if __name__ == '__main__':下
1、创建进程的两种方式
(1)、类实例化产生对象
(2)、类的继承 run方法
2、进程之间的内存空间是隔离的
3、Process对象的join方法——join:是主进程在等,等待子进程结束
4、Process对象的其他方法或属性(了解)
四、僵尸进程和孤儿进程
1、僵尸进程——“死了没死透”
僵尸进程(有害)
一个进程使用fork创建子进程,如果子进程退出,而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息,那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。
详解:我们知道在unix/linux中,正常情况下子进程是通过父进程创建的,子进程在创建新的进程。子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束,如果子进程一结束就立刻回收其全部资源,那么在父进程内将无法获取子进程的状态信息。
2、孤儿进程——“没爹没娘”
孤儿进程(无害)
一个父进程退出,而它的一个或多个子进程还在运行,那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养,并由init进程对它们完成状态收集工作。
孤儿进程是没有父进程的进程,孤儿进程这个重任就落到了init进程身上,init进程就好像是一个民政局,专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候,内核就把孤 儿进程的父进程设置为init,而init进程会循环地wait()它的已经退出的子进程。这样,当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候,init进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。因此孤儿进程并不会有什么危害。
五 、守护进程
主进程创建守护进程——“皇帝(主进程)驾崩,好多陪葬(守护进程)”
其一:守护进程会在主进程代码执行结束后就终止
其二:守护进程内无法再开启子进程,
否则抛出异常:AssertionError: daemonic processes are not allowed to have children
注意:进程之间是互相独立的,主进程代码运行结束,守护进程随即终止
六 、进程同步(互斥锁)
进程之间数据不共享,但是共享同一套文件系统,所以访问 同一个文件,或 同一个打印终端,是没有问题的,
而共享带来的是竞争,竞争带来的结果就是错乱,如何控制——加锁处理——牺牲效率,保证有序和数据安全
1、多个进程共享同一打印终端
2、多个进程共享同一文件-- 文件当数据库,模拟抢票
3、总结——抛‘互斥锁’砖,引出‘管道队列’玉(请看第七部分--队列)
#加锁可以保证多个进程修改同一块数据时,同一时间只能有一个任务可以进行修改,即串行的修改,没错,速度是慢了,但牺牲了速度却保证了数据安全。
虽然可以用文件共享数据实现进程间通信,但问题是:
1.效率低(共享数据基于文件,而文件是硬盘上的数据)
2.需要自己加锁处理
#因此我们最好找寻一种解决方案能够兼顾——基于消息的IPC通信机制:队列和管道
1、效率高(多个进程共享一块内存的数据)
2、帮我们处理好锁问题。这就是mutiprocessing模块为我们提供的基于消息的IPC通信机制:队列和管道。
队列和管道都是将数据存放于内存中,
队列又是基于(管道+锁)实现的,可以让我们从复杂的锁问题中解脱出来,
我们应该尽量避免使用共享数据,尽可能使用消息传递和队列,避免处理复杂的同步和锁问题,而且在进程数目增多时,往往可以获得更好的可获展性。
七 、队列--生产者消费者模型
进程彼此之间互相隔离,要实现进程间通信(IPC :Inter-Process Communication),
multiprocessing模块支持两种形式:队列和管道,这两种方式都是使用消息传递的
1、类 Queue 的介绍与基本使用
(1)创建队列的类(底层就是以管道和锁定的方式实现):
Queue([maxsize]):创建共享的进程队列,Queue是多进程安全的队列,可以使用Queue实现多进程之间的数据传递。
参数介绍:
maxsize是队列中允许最大项数,省略则无大小限制。
(2)主要方法介绍:
q.put()
用以插入数据到队列中,put方法还有两个可选参数:blocked和timeout。
如果blocked为True(默认值),并且timeout为正值,该方法会阻塞timeout指定的时间,直到该队列有剩余的空间。如果超时,会抛出Queue.Full异常。
如果blocked为False,但该Queue已满,会立即抛出Queue.Full异常。
q.get()
可以从队列读取并且删除一个元素。同样,get方法有两个可选参数:blocked和timeout。
如果blocked为True(默认值),并且timeout为正值,那么在等待时间内没有取到任何元素,会抛出Queue.Empty异常。
如果blocked为False,有两种情况存在,如果Queue有一个值可用,则立即返回该值,否则,如果队列为空,则立即抛出Queue.Empty异常.
q.get_nowait() 同q.get(False)
q.put_nowait() 同q.put(False)
q.empty()
调用此方法时q为空则返回True,该结果不可靠,比如在返回True的过程中,如果队列中又加入了项目。
q.full()
调用此方法时q已满则返回True,该结果不可靠,比如在返回True的过程中,如果队列中的项目被取走。
q.qsize()
返回队列中目前项目的正确数量,结果也不可靠,理由同q.empty()和q.full()一样
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