python多任务-进程

程序是以二进制形式存放在硬盘之上的,当启动程序将数据(代码)加载至内存中就称之为进程。
进程是一组资源(包括:代码,显示器,硬盘,网络....)的统称。线程也能实现多任务,但相对进程来说是轻量级的。
实际上进程是一个资源分配的单位,实际上操纵数据的是线程,一个进程至少一个主线程。代码至上而下运行的时候实际上就是主线程在运行,当遇到一个Thread对象调用start方法时,就再开一个线程。当遇到一个Process对象调用start方法时就将当前进程的资源复制一份到内存的一个区域中,以一个新的进程去运行,它拥有独立的内存单元,这就叫子进程。子进程因为有自己的资源,所以不与父进程共享全局变量。
简单的来说进程是资源分配的单位,而线程是操作系统调度的单位。

# -*- coding:utf-8 -*-
from multiprocessing import Process
import os
import time

nums = [11, 22]

def work1():
    """子进程要执行的代码"""
    print("in process1 pid=%d ,nums=%s" % (os.getpid(), nums))
    for i in range(3):
        nums.append(i)
        time.sleep(1)
        print("in process1 pid=%d ,nums=%s" % (os.getpid(), nums))

def work2():
    """子进程要执行的代码"""
    print("in process2 pid=%d ,nums=%s" % (os.getpid(), nums))

if __name__ == '__main__':
    p1 = Process(target=work1)
    p1.start()
    p1.join()

    p2 = Process(target=work2)
    p2.start()

结果:

in process1 pid=7956 ,nums=[11, 22]
in process1 pid=7956 ,nums=[11, 22, 0]
in process1 pid=7956 ,nums=[11, 22, 0, 1]
in process1 pid=7956 ,nums=[11, 22, 0, 1, 2]
in process2 pid=22332 ,nums=[11, 22]

Process语法结构如下:

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

target:如果传递了函数的引用,可以任务这个子进程就执行这里的代码
args:给target指定的函数传递的参数,以元组的方式传递
kwargs:给target指定的函数传递命名参数
name:给进程设定一个名字,可以不设定
group:指定进程组,大多数情况下用不到
Process创建的实例对象的常用方法:

start():启动子进程实例(创建子进程)
is_alive():判断进程子进程是否还在活着
join([timeout]):是否等待子进程执行结束,或等待多少秒
terminate():不管任务是否完成,立即终止子进程
Process创建的实例对象的常用属性:

name:当前进程的别名,默认为Process-N,N为从1开始递增的整数
pid:当前进程的pid(进程号)

既然进程间数据不共享那么进程间又是怎么通信的呢
操作系统提供了很多机制实现进程间通信,可以使用文件,socket,以及内存。在内存中划分一块区域,一个进程写另一个进程读就可以完成进程间通信了。

Queue的使用

可以使用multiprocessing模块的Queue实现多进程之间的数据传递,Queue本身是一个消息列队程序。

from multiprocessing import Process, Queue
import os, time, random

# 写数据进程执行的代码:
def write(q):
    for value in ['A', 'B', 'C']:
        print('Put %s to queue...' % value)
        q.put(value)
        time.sleep(random.random())

# 读数据进程执行的代码:
def read(q):
    while True:
        if not q.empty():
            value = q.get(True)
            print('Get %s from queue.' % value)
            time.sleep(random.random())
        else:
            break

if __name__=='__main__':
    # 父进程创建Queue,并传给各个子进程:
    q = Queue()
    pw = Process(target=write, args=(q,))
    pr = Process(target=read, args=(q,))
    # 启动子进程pw,写入:
    pw.start()    
    # 等待pw结束:
    pw.join()
    # 启动子进程pr,读取:
    pr.start()
    pr.join()
    # pr进程里是死循环,无法等待其结束,只能强行终止:
    print('')
    print('所有数据都写入并且读完')

结果:

Put A to queue...
Put B to queue...
Put C to queue...
Get A from queue.
Get B from queue.
Get C from queue.

所有数据都写入并且读完

进程池

当需要创建的子进程数量不多时,可以直接利用multiprocessing中的Process动态成生多个进程,但如果是上百甚至上千个目标,手动的去创建进程的工作量巨大,此时就可以用到multiprocessing模块提供的Pool方法。

初始化Pool时,可以指定一个最大进程数,当有新的请求提交到Pool中时,如果池还没有满,那么就会创建一个新的进程用来执行该请求;但如果池中的进程数已经达到指定的最大值,那么该请求就会等待,直到池中有进程结束,才会用之前的进程来执行新的任务
任务数固定用Process创建子进程,不固定则用Pool来创建进程池

通过进程池(Pool)创建的子进程,主进程并不会等子进程执行完才退出,这时候就需要调用po.join堵塞主进程直到子进程执行完毕。

multiprocessing.Pool常用函数解析:

apply_async(func[, args[, kwds]]) :使用非阻塞方式调用func(并行执行,堵塞方式必须等待上一个进程退出才能执行下一个进程),args为传递给func的参数列表,kwds为传递给func的关键字参数列表;
close():关闭Pool,使其不再接受新的任务;
terminate():不管任务是否完成,立即终止;
join():主进程阻塞,等待子进程的退出, 必须在close或terminate之后使用;

子进程如果发生异常并不会产生异常信息
注意:进程池之间想要通信不能使用multiprocessing模块的Queue,而是使用multiprocessing.Manager()中的Queue(),否则会得到一条如下的错误信息:

RuntimeError: Queue objects should only be shared between processes through inheritance.

示例:

# -*- coding:utf-8 -*-

# 修改import中的Queue为Manager
from multiprocessing import Manager,Pool
import os,time,random

def reader(q):
    print("reader启动(%s),父进程为(%s)" % (os.getpid(), os.getppid()))
    for i in range(q.qsize()):
        print("reader从Queue获取到消息:%s" % q.get(True))

def writer(q):
    print("writer启动(%s),父进程为(%s)" % (os.getpid(), os.getppid()))
    for i in "itcast":
        q.put(i)

if __name__=="__main__":
    print("(%s) start" % os.getpid())
    q = Manager().Queue()  # 使用Manager中的Queue
    po = Pool()
    po.apply_async(writer, (q,))

    time.sleep(1)  # 先让上面的任务向Queue存入数据,然后再让下面的任务开始从中取数据

    po.apply_async(reader, (q,))
    po.close()
    po.join()
    print("(%s) End" % os.getpid())

结果:

(21424) start
writer启动(25556),父进程为(21424)
reader启动(9808),父进程为(21424)
reader从Queue获取到消息:i
reader从Queue获取到消息:t
reader从Queue获取到消息:c
reader从Queue获取到消息:a
reader从Queue获取到消息:s
reader从Queue获取到消息:t
(21424) End
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