36-并发编程理论

Posted 2021-02-27 zhubincheng

多道技术

多道技术是基于单核背景下产生的

cpu 执行过程(单核)：

单道(串行)：

? cpu 同一时间只能执行一个任务，这个任务不结束，不能执行其他任务

多道技术：

? cpu 在执行a任务时，a任务发生了 IO 操作或者是执行时间过长时，此时 cpu 可以将 a(保存状态）然后再切换去执行b任务。等到执行遇到‘IO操作或者执行时间过长时‘，再将 cpu 执行权限交给 a，直到两个任务都完成。

多道技术分为时间和空间上的复用：

? 空间上的复用：

? 将内存划分为多个片，可以运行多个程序

? 时间上的复用：

? 切换 + 保存状态

? 例子:洗衣服30s，做饭50s，烧水30s

? 单道需要110s，多道只需要任务做长的那一个 切换节省时间

? 例子:边吃饭边玩游戏 保存状态

切换(cpu)分为两种情况：

? 1) 当执行程序遇到IO时，操作系统会将CPU的执行权限剥夺。
? 优点:CPU的执行效率提高

? 2) 当执行程序执行时间过长时，操作系统会将CPU的执行权限剥夺。
? 缺点:程序的执行效率低

并发与并行

1、并发：

? 在单核(一个 cpu)情况下，当执行a,b 程序时，a 先执行，当 a 遇到 IO 时，操作系统会将 a 程序状态保存并切换执行 b 程序，他们看起来像同时运行

? 并发是伪并行，即看起来是同时运行。单个cpu+多道技术就可以实现并发，（并行也属于并发）

? ps：在单核情况下，不能实现并行，只能实现并发(伪并行)

? 2、并行：

? 在多核(多个 cpu)的情况下，当执行a,b 程序时，a 与 b 同时运行，他们是真正意义上的同时运行

单核下，可以利用多道技术，多个核，每个核也都可以利用多道技术（多道技术是针对单核而言的）
有四个核，六个任务，这样同一时间有四个任务被执行，假设分别被分配给了cpu1，cpu2，cpu3，cpu4，一旦任务1遇到I/O就被迫中断执行，此时任务5就拿到cpu1的时间片去执行，这就是单核下的多道技术。而一旦任务1的I/O结束了，操作系统会重新调用它(需知进程的调度、分配给哪个cpu运行，由操作系统说了算)，可能被分配给四个cpu中的任意一个去执行

? 如图所示：

进程理论

必备知识点

程序与进程的区别

"""
程序就是一堆躺在硬盘上的代码，是“死”的
进程则表示程序正在执行的过程，是“活”的
"""

进程调度

• 先来先服务调度算法

  """对长作业有利，对短作业无益"""
  

• 短作业优先调度算法

  """对短作业有利，多长作业无益"""
  

• 时间片轮转法+多级反馈队列

进程运行的三状态图

两对重要概念

• 同步和异步

  """描述的是任务的提交方式"""
  同步:任务提交之后，原地等待任务的返回结果，等待的过程中不做任何事(干等)
    	程序层面上表现出来的感觉就是卡住了
  
  异步:任务提交之后，不原地等待任务的返回结果，直接去做其他事情
    	我提交的任务结果如何获取？
      任务的返回结果会有一个异步回调机制自动处理
  

• 阻塞非阻塞

  """描述的程序的运行状态"""
  阻塞:阻塞态
  非阻塞:就绪态、运行态
  
  理想状态:我们应该让我们的写的代码永远处于就绪态和运行态之间切换
  

上述概念的组合:最高效的一种组合就是异步非阻塞

开启进程的两种方式

定心丸:代码开启进程和线程的方式，代码书写基本是一样的，你学会了如何开启进程就学会了如何开启线程

from multiprocessing import Process
import time


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


if __name__ == ‘__main__‘:
    # 1 创建一个对象
    p = Process(target=task, args=(‘jason‘,))
    # 容器类型哪怕里面只有1个元素 建议要用逗号隔开
    # 2 开启进程
    p.start()  # 告诉操作系统帮你创建一个进程  异步
    print(‘主‘)
    
    
# 第二种方式 类的继承
from multiprocessing import Process
import time


class MyProcess(Process):
    def run(self):
        print(‘hello bf girl‘)
        time.sleep(1)
        print(‘get out!‘)


if __name__ == ‘__main__‘:
    p = MyProcess()
    p.start()
    print(‘主‘)

总结

"""
创建进程就是在内存中申请一块内存空间将需要运行的代码丢进去
一个进程对应在内存中就是一块独立的内存空间
多个进程对应在内存中就是多块独立的内存空间
进程与进程之间数据默认情况下是无法直接交互,如果想交互可以借助于第三方工具、模块
"""

join方法

join是让主进程等待子进程代码运行结束之后，再继续运行。不影响其他子进程的执行

from multiprocessing import Process
import time


def task(name, n):
    print(‘%s is running‘%name)
    time.sleep(n)
    print(‘%s is over‘%name)


if __name__ == ‘__main__‘:
    # p1 = Process(target=task, args=(‘jason‘, 1))
    # p2 = Process(target=task, args=(‘egon‘, 2))
    # p3 = Process(target=task, args=(‘tank‘, 3))
    # start_time = time.time()
    # p1.start()
    # p2.start()
    # p3.start()  # 仅仅是告诉操作系统要创建进程
    # # time.sleep(50000000000000000000)
    # # p.join()  # 主进程等待子进程p运行结束之后再继续往后执行
    # p1.join()
    # p2.join()
    # p3.join()
    start_time = time.time()
    p_list = []
    for i in range(1, 4):
        p = Process(target=task, args=(‘子进程%s‘%i, i))
        p.start()
        p_list.append(p)
    for p in p_list:
        p.join()
    print(‘主‘, time.time() - start_time)

进程之间数据相互隔离

from multiprocessing import Process


money = 100


def task():
    global money  # 局部修改全局
    money = 666
    print(‘子‘,money)


if __name__ == ‘__main__‘:
    p = Process(target=task)
    p.start()
    p.join()
    print(money)