并发编程之多进程知识

Posted 2020-12-03 xfxing

开启进程的两种方式
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。
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。
　 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。
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

创建进程的类：
Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])，由该类实例化得到的对象，
可用来开启一个子进程
强调：
1. 需要使用关键字的方式来指定参数
2. args指定的为传给target函数的位置参数，是一个元组形式，必须有逗号

参数介绍：
group参数未使用，值始终为None
target表示调用对象，即子进程要执行的任务
args表示调用对象的位置参数元组，args=(1,2,‘egon‘,)
kwargs表示调用对象的字典,kwargs={‘name‘:‘egon‘,‘age‘:18}
name为子进程的名称

方法介绍：
p.start()：启动进程，并调用该子进程中的p.run()
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
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
p.is_alive():如果p仍然运行，返回True
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。

属性介绍：
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
p.name:进程的名称
p.pid：进程的pid
三、Process类的使用
注意：在windows中Process()必须放到# if __name__ == ‘__main__‘:下
Since Windows has no fork, the multiprocessing module starts a new Python
process and imports the calling module.
If Process() gets called upon import, then this sets off an infinite succession of
new processes (or until your machine runs out of resources).
This is the reason for hiding calls to Process() inside

if __name__ == "__main__"
since statements inside this if-statement will not get called upon import.
由于Windows没有fork，多处理模块启动一个新的Python进程并导入调用模块。
如果在导入时调用Process（），那么这将启动无限继承的新进程（或直到机器耗尽资源）。
这是隐藏对Process（）内部调用的原，使用if __name__ == “__main __”，这个if语句
中的语句将不会在导入时被调用。

创建并开启子进程的方式一
from multiprocessing import Process
import time

def task(name):
print(‘%s is running‘ % name)
time.sleep(3)
print(‘%s is done‘ % name)

if __name__ == ‘__main__‘:
# 实例化得到四个对象
p = Process(target=task, args=(‘子线程1‘,))
p2 = Process(target=task, args=(‘子线程2‘,))
p3 = Process(target=task, args=(‘子线程3‘,))
p4 = Process(target=task, args=(‘子线程4‘,))
# 调用对象下的方法，开启四个进程
p.start() # 仅仅是给操作系统发送一个信号
p2.start()
p3.start()
p4.start()
print(‘主线程‘)
创建并开启子进程的方式二
from multiprocessing import Process
import time

class MyProcess(Process):
def __init__(self,name):
super().__init__()
self.name = name

def run(self):
print(‘%s is running‘ % self.name)
time.sleep(3)
print(‘%s is done‘ % self.name)

if __name__ == ‘__main__‘:
# 实例化得到四个对象
p1 = MyProcess(‘子进程1‘)
p2 = MyProcess(‘子进程2‘)
p3 = MyProcess(‘子进程3‘)
p4 = MyProcess(‘子进程4‘)

p1.start() # start会自动调用run
p2.start()
p3.start()
p4.start()
print(‘主进程‘)

进程之间的内存空间是隔离的
from multiprocessing import Process
n = 100 # 在windows系统中应该把全局变量定义在if __name__ == ‘__main__‘之上就可以了

def work():
global n
print(‘子进程内部：‘, n)

if __name__ == ‘__main__‘:
p = Process(target=work)
p.start()
print(‘主进程内部：‘, n)

查看进程与pid
from multiprocessing import Process
import os
import time

def task():
print(‘%s is running,parent id is %s‘ % (os.getpid(), os.getppid()))
time.sleep(3)
print(‘%s is done,parent id is %s‘ % (os.getpid(), os.getppid()))

if __name__ == ‘__main__‘:
p = Process(target=task,)
p.start()
print(‘主进程‘, os.getpid(), os.getppid())

 

四、join方法
在主进程运行过程中如果想要并发的执行其他任务，我们可以开启子进程，此时主进程的任务和子进程的任务分为两种情况

　　一种情况是：在主进程的任务与子进程的任务彼此独立的情况下，主进程的任务先执行完毕后，主进程还需要等待子进程执行完毕，然后统一回收资源

　　一种情况是：如果主进程的任务在执行到某一个阶段时，需要等待子进程执行完毕后才能继续执行，就需要一种机制能够让主进程监测子进程是否运行完毕，在子进程执行完毕后才继续执行，否则一直在原地阻塞，这就是join方法的作用。

from multiprocessing import Process
import time
import os

def task():
print(‘%s is running,parent id is <%s>‘ % (os.getpid(), os.getppid()))
time.sleep(3)
print(‘%s is done,parent id is <%s>‘ % (os.getpid(), os.getppid()))

if __name__ == ‘__main__‘:
p = Process(target=task,)
p.start()

p.join()
print(‘主进程‘, os.getpid(), os.getppid())
print(p.pid)

join() 等待进程结束，是让主线程等待；
多任务多并发时，一个进程结束，另一个进程可能早已结束；理论上，jion花费的总时间是耗时间最长的那个进程运行的时间

五、Process对象的其他属性或方法
进程对象的其他方法一:terminate（关闭进程，不会立即关闭）与is_alive（查看进程是否存活，返回的是布尔类型）
from multiprocessing import Process
import time
import os

def task():
print(‘%s is running,parent id is <%s>‘ %(os.getpid(),os.getppid()))
time.sleep(3)
print(‘%s is done,parent id is <%s>‘ %(os.getpid(),os.getppid()))

def task1(name):
print(‘%s is running‘ % name)
time.sleep(3)
print(‘%s is done‘ % name)

if __name__ == ‘__main__‘:
p1 = Process(target=task1, args=(‘egon‘,), name=‘子进程1‘) # 可以用关键参数来指定进程名
p=Process(target=task,name=‘sub——Precsss‘)
p.start()
p1.start()
p.terminate() # 关闭进程,不会立即关闭,所以is_alive立刻查看的结果可能还是存活
time.sleep(1)
print(p.is_alive()) # 结果为False
print(‘主进程‘)
print(p.name)
print(p1.name, p1.pid,)

六、守护进程
主进程创建子进程，然后将该进程设置成守护自己的进程
特点:1.守护进程会在主进程代码执行结束后就终止
2.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

如果我们有两个任务需要并发执行，可以开一个主进程和一个子线程，子线程应该在开启之前设置成守护进程，这样主程序运行结束，守护进程也终止了

from multiprocessing import Process
import time
import random

def task(name):
print(‘%s is running‘ % name)
time.sleep(random.randrange(1, 3))
print(‘%s is run done‘ % name)

if __name__ == ‘__main__‘:
p = Process(target=task, args=(‘egon‘,))
p.daemon = True # 一定要在p.start()前设置,设置p为守护进程,禁止p创建子进程,并且父进程代码执行结束,p即终止运行
p.start()
print(‘主‘) # 只要终端打印出这一行内容，那么守护进程p也就跟着结束掉了

七、基于多进程实现的并发套接字通信

八、互斥锁

九、队列

十、生产者消费者模型