python进阶——进程/线程/协程

1 python线程

python中Threading模块用于提供线程相关的操作,线程是应用程序中执行的最小单元。

 #!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*- import threading
import time def show(arg):
time.sleep(1)
print 'thread'+str(arg) for i in range(10):
#调用构造函数,实例化对象,第1个参数是线程执行的函数,第2个参数是函数参数
t = threading.Thread(target=show, args=(i,))
#线程准备就绪,等待CPU调度
t.start() print 'main thread stop'

上述代码创建了10个“前台”线程,然后控制器就交给了CPU,CPU根据指定算法进行调度,分片执行指令。

为什么是分片执行?

python中有一个GIL(Global Interpreter Lock 全局解释器锁 ),即在同一时刻只有一个线程在执行,底层自动进行上下文切换。一个应用程序一般只存在一个进程,在进程中存在一个线程,线程是应用程序的最小执行单元。如果该进程中存在多个线程,其实也是串行执行的,即相当于在每个进程的出口,多个线程任务请求cpu调度,因为GIL的原因,只有一个线程能够被调度,所以单个进程不管有多少线程只能调度一个cpu。

线程模块threading中的方法:

start       线程准备就绪,等待CPU调度

setName     为线程设置名称

getName     获取线程名称

setDaemon   设置为后台线程或前台线程(默认)

如果是后台线程,主线程执行过程中,后台线程也在进行,主线程执行完毕后,后台线程不论成功与否,均停止

如果是前台线程,主线程执行过程中,前台线程也在进行,主线程执行完毕后,等待前台线程也执行完成后,程序停止

join        逐个执行每个线程,执行完毕后继续往下执行,该方法使得多线程变得无意义

run         线程被cpu调度后执行Thread类对象的run方法

2 线程锁

由于线程是随机调度,可能某个线程只执行一部分代码,cpu就被调度执行其它线程了。下面是例子:

 #!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*- import threading
import time gl_num = 0 def show(arg):
global gl_num
time.sleep(1)
gl_num +=1
print gl_num for i in range(10):
t = threading.Thread(target=show, args=(i,))
t.start() print 'main thread stop'

没加线程锁代码

执行结果

python进阶——进程/线程/协程

 #!/usr/bin/env python
#coding:utf-8 import threading
import time gl_num = 0 lock = threading.RLock() #实例化线程锁 def Func():
lock.acquire() #获取线程锁
global gl_num
gl_num +=1
time.sleep(1)
print gl_num
lock.release() #释放线程锁,这里注意,在使用线程锁的时候不能把锁,写在代码中,否则会造成阻塞,看起来“像”单线程 for i in range(10):
t = threading.Thread(target=Func)
t.start()

加线程锁后代码

执行结果

python进阶——进程/线程/协程

3 event

python线程的事件用于主线程控制其他线程的执行,事件主要提供了三个方法 set、wait、clear。

事件处理的机制:全局定义了一个“Flag”,如果“Flag”值为 False,那么当程序执行 event.wait 方法时就会阻塞,如果“Flag”值为True,那么event.wait 方法时便不再阻塞。

  • clear:将“Flag”设置为False
  • set:将“Flag”设置为True
 #!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*- import threading def do(event):
print 'start'
event.wait() #执行event对象wait方法,然后他们停下来,等待“Flag”为True
print 'execute' event_obj = threading.Event() #创建事件的对象 for i in range(10):
t = threading.Thread(target=do, args=(event_obj,)) #event对象传给每个线程
t.start() event_obj.clear() #设置"Flag"为Flase inp = raw_input('input:')
if inp == 'true':
event_obj.set()

event事件代码

4 python进程

 from multiprocessing import Process

 def foo(i):
print 'say hi',i for i in range(10):
p = Process(target=foo,args=(i,))
p.start()

多进程代码

   注意:由于进程之间的数据需要各自持有一份,所以创建进程需要非常大的开销。并且python不能在Windows下创建进程!在使用多进程的时候,最好是创建和CPU核数相等进程数,默认进程之间相互独立,如果想让进程之间数据共享,就得有个特殊的数据结构,这个数据结构就可以理解为他有穿墙的功能。

   进程数据共享

进程各自持有一份数据,默认无法共享数据

 #!/usr/bin/env python
#coding:utf-8 from multiprocessing import Process
from multiprocessing import Manager import time li = [] def foo(i):
li.append(i)
print 'say hi',li for i in range(10):
p = Process(target=foo,args=(i,))
p.start() print 'ending',li

默认无法共享数据

使用特殊的数据结构来实现进程共享数据

 默认进程之间是相互独立的,如果想让进程之间共享数据,那么在python中需要借助特殊的数据结构

 第1种方法:
#通过特殊的数据结构Array from multiprocessing import Process
from multiprocessing import Array #创建1个只包含数字类型的Array,可以看做是”类型与列表“组合的数据结构
temp = Array('i', [11,22,33,44]) #其中i是数据类型,这里i表示整型,后面就是python中的列表 def Foo(i):
temp[i] = 100+i
for item in temp:
print i,'----->',item for i in range(2):
p = Process(target=Foo,args=(i,))
p.start() 第二种方法:
#通过特殊的数据结构manage.dict()共享数据 from multiprocessing import Process
from multiprocessing import Manager #创建Manager对象manage
manage = Manager()
dic = manage.dict() #创建字典对象dic,这里的字典和python中字典使用方法一样! def Foo(i):
dic[i] = 100+i
print dic.values() for i in range(2):
p = Process(target=Foo,args=(i,))
p.start()
p.join() #注意此处调用join方法,否则报错

两种特殊数据结构实现进程间数据共享

 #!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*- from multiprocessing import Process
from multiprocessing import Array
from multiprocessing import RLock def Foo(lock,temp,i):
lock.acquire() #获取锁
temp[0] = 100+i
for item in temp:
print i,'--->',item
lock.release() #释放锁 lock = RLock() #生成锁对象
temp = Array('i', [11, 22, 33, 44]) #用特殊数据结构Array实现进程间共享数据 for i in range(20):
p = Process(target=Foo,args=(lock,temp,i,))
p.start()

进程锁

5 进程池

进程池内部维护一个进程序列,当使用时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 阻塞   apply_async 非阻塞

 #!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*- from multiprocessing import Process
from multiprocessing import Pool
import time def Foo(i):
time.sleep(2)
return i+100 def Bar(arg):
print arg pool = Pool(5) #创建一个进程池
#print pool.apply(Foo,(1,))#向进程池申请一个进程去执行Foo方法
#print pool.apply_async(func =Foo, args=(1,)).get() #获取返回值 for i in range(10):
#Foo函数的执行结果返回,作为Bar函数的参数
pool.apply_async(func=Foo, args=(i,),callback=Bar) print 'end'
pool.close()
pool.join()#进程池中进程执行完毕后终止程序,如果不调用jion方法,那么主进程执行完后程序直接关闭。

进程池

6 协程

线程和进程都是由操作系统开辟的,即python进程和线程内部都是调用操作系统的API,这样系统的开销比较大。而对于协程,它是由程序员开辟的,由程序员进行控制,不需要调用操作系统的API。对于线程和进程来说,它是由CPU调度的,而协程完全由程序员控制,不需要CPU调度。
    协程的意义:对于多线程,CPU通过切片的方式来执行线程,线程切换时需要耗时(保存状态,下次继续)。协程则存在于线程中,在线程中控制代码块的执行顺序。
    适用场景:在其他语言中,协程存在的意义不大,因为多线程可以解决I/O操作问题,但是python存在GIL(Global Interpreter Lock 全局解释器锁 ),在同一时刻只能执行1个线程,所以,如果一个线程里I/O操作特别多,协程就比较适用,当进行IO操作时,可以调度执行其它代码段,避免由于IO操作时的阻塞导致CPU闲置

 #!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*- #导入协程模块greenlet
from greenlet import greenlet def test1():
print 12
gr2.switch() #切换到协程2
print 34 #协程2切换回来之后,执行此语句,和yield类似
gr2.switch() #切换到协程2 def test2():
print 56
gr1.switch() #切换到协程1
print 78 gr1 = greenlet(test1) #创建了一个协程对象
gr2 = greenlet(test2) gr1.switch() #执行协程1

实例

协程:把一个线程分成了多个协程,达到控制代码段的执行顺序,协程就是对线程的分片。上面的实例需要手动控制协程的执行顺序,因为greenlet需要人为的指定调度顺序的,而gevent对greenlet进行了封装,达到遇到IO操作自动切换。实例如下

 from gevent import monkey; monkey.patch_all()
import gevent
import urllib2 def f(url):
print('GET: %s' % url)
resp = urllib2.urlopen(url) #当遇到I/O操作时,会调用协程操作,程序继续执行,协程就阻塞等待数据的返回
data = resp.read()
print('%d bytes received from %s.' % (len(data), url)) gevent.joinall([
gevent.spawn(f, 'https://www.python.org/'), #f是调用的方法,其后的是传递的参数
gevent.spawn(f, 'https://www.yahoo.com/'),
gevent.spawn(f, 'https://github.com/'),

gevent实例

参考资料:

http://www.cnblogs.com/wupeiqi/articles/5040827.html

http://www.cnblogs.com/luotianshuai/p/5111587.html

http://www.cnblogs.com/kaituorensheng/p/4445418.html(进程池)

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