20-多任务

多任务

内容

线程
进程
协程

注意：

并发：指的是任务数多余cpu核数，通过操作系统的各种任务调度算法，实现用多个任务“一起”执行（实际上总有一些任务不在执行，因为切换任务的速度相当快，看上去一起执行而已）
并行：指的是任务数小于等于cpu核数，即任务真的是一起执行的

线程

python的thread模块是比较底层的模块，python的threading模块是对thread做了一些包装的，可以更加方便的被使用

使用threading模块
单线程执行

 #coding=utf-8
 import time
 
 def saySorry():
     print("亲爱的，我错了，我能吃饭了吗？")
     time.sleep(1)
 
 if __name__ == "__main__":
     for i in range(5):
         saySorry()

多线程执行

 #coding=utf-8
 import threading
 import time
 
 def saySorry():
     print("亲爱的，我错了，我能吃饭了吗？")
     time.sleep(1)
 
 if __name__ == "__main__":
     for i in range(5):
         t = threading.Thread(target=saySorry)
         t.start() #启动线程，即让线程开始执行

说明

可以明显看出使用了多线程并发的操作，花费时间要短很多
当调用start()时，才会真正的创建线程，并且开始执行
主线程会等待所有的子线程结束后才结束

查看线程数量

 length = len(threading.enumerate())
 print('当前运行的线程数为：%d'%length)

多线程开发可能遇到的问题

在g_num=0时，t1取得g_num=0。此时系统把t1调度为”sleeping”状态，把t2转换为”running”状态，t2也获得g_num=0
然后t2对得到的值进行加1并赋给g_num，使得g_num=1
然后系统又把t2调度为”sleeping”，把t1转为”running”。线程t1又把它之前得到的0加1后赋值给g_num。
这样导致虽然t1和t2都对g_num加1，但结果仍然是g_num=1

结论

如果多个线程同时对同一个全局变量操作，会出现资源竞争问题，从而数据结果会不正确

互斥锁

当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候，需要进行同步控制

某个线程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源的状态为“锁定”，其他线程不能更改；直到该线程释放资源，将资源的状态变成“非锁定”，其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作，从而保证了多线程情况下数据的正确性。

threading模块中定义了Lock类，可以方便的处理锁定：

# 创建锁
mutex = threading.Lock()

# 锁定
mutex.acquire()

# 释放
mutex.release()

注意：

如果这个锁之前是没有上锁的，那么acquire不会堵塞
如果在调用acquire对这个锁上锁之前它已经被其他线程上了锁，那么此时acquire会堵塞，直到这个锁被解锁为止

进程

进程程序：
例如xxx.py这是程序，是一个静态的
进程：一个程序运行起来后，代码+用到的资源称之为进程，它是操作系统分配资源的基本单元。不仅可以通过线程完成多任务，进程也是可以的
进程的状态
工作中，任务数往往大于cpu的核数，即一定有一些任务正在执行，而另外一些任务在等待cpu进行执行，因此导致了有了不同的状态

就绪态：运行的条件都已经慢去，正在等在cpu
执行执行态：cpu正在执行其功能
等待态：等待某些条件满足，例如一个程序sleep了，此时就处于等待态

进程的创建-multiprocessing

multiprocessing模块就是跨平台版本的多进程模块，提供了一个Process类来代表一个进程对象，这个对象可以理解为是一个独立的进程，可以执行另外的事情

2个while循环一起执行

  # -*- coding:utf-8 -*-
 from multiprocessing import Process
 import time
 
 
 def run_proc():
     """子进程要执行的代码"""
     while True:
         print("----2----")
         time.sleep(1)
 
 
 if __name__=='__main__':
     p = Process(target=run_proc)
     p.start()
     while True:
         print("----1----")
         time.sleep(1)

说明

创建子进程时，只需要传入一个执行函数和函数的参数，创建一个Process实例，用start()方法启动

协程

协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。

协程是啥

协程是python个中另外一种实现多任务的方式，只不过比线程更小占用更小执行单元（理解为需要的资源）。为啥说它是一个执行单元，因为它自带CPU上下文。这样只要在合适的时机，我们可以把一个协程切换到另一个协程。只要这个过程中保存或恢复 CPU上下文那么程序还是可以运行的。

通俗的理解：在一个线程中的某个函数，可以在任何地方保存当前函数的一些临时变量等信息，然后切换到另外一个函数中执行，注意不是通过调用函数的方式做到的，并且切换的次数以及什么时候再切换到原来的函数都由开发者自己确定

协程和线程差异

在实现多任务时, 线程切换从系统层面远不止保存和恢复 CPU上下文这么简单。操作系统为了程序运行的高效性每个线程都有自己缓存Cache等等数据，操作系统还会帮你做这些数据的恢复操作。所以线程的切换非常耗性能。但是协程的切换只是单纯的操作CPU的上下文，所以一秒钟切换个上百万次系统都抗的住。

简单实现协程

import time

def work1():
    while True:
        print("----work1---")
        yield
        time.sleep(0.5)

def work2():
    while True:
        print("----work2---")
        yield
        time.sleep(0.5)

def main():
    w1 = work1()
    w2 = work2()
    while True:
        next(w1)
        next(w2)

if __name__ == "__main__":
    main()

greenlet

为了更好使用协程来完成多任务，python中的greenlet模块对其封装，从而使得切换任务变的更加简单

#安装方式

使用如下命令安装greenlet模块:

sudo pip3 install greenlet

简单实现协程

#coding=utf-8

from greenlet import greenlet
import time

def test1():
    while True:
        print "---A--"
        gr2.switch()
        time.sleep(0.5)

def test2():
    while True:
        print "---B--"
        gr1.switch()
        time.sleep(0.5)

gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)

#切换到gr1中运行
gr1.switch()

gevent

greenlet已经实现了协程，但是这个还的人工切换，是不是觉得太麻烦了，不要捉急，python还有一个比greenlet更强大的并且能够自动切换任务的模块gevent

其原理是当一个greenlet遇到IO(指的是input output 输入输出，比如网络、文件操作等)操作时，比如访问网络，就自动切换到其他的greenlet，等到IO操作完成，再在适当的时候切换回来继续执行。

由于IO操作非常耗时，经常使程序处于等待状态，有了gevent为我们自动切换协程，就保证总有greenlet在运行，而不是等待IO

安装

pip3 install gevent

1. gevent的使用

import gevent

def f(n):
    for i in range(n):
        print(gevent.getcurrent(), i)

g1 = gevent.spawn(f, 5)
g2 = gevent.spawn(f, 5)
g3 = gevent.spawn(f, 5)
g1.join()
g2.join()
g3.join()

gevent切换执行

import gevent

def f(n):
    for i in range(n):
        print(gevent.getcurrent(), i)
        #用来模拟一个耗时操作，注意不是time模块中的sleep
        gevent.sleep(1)

g1 = gevent.spawn(f, 5)
g2 = gevent.spawn(f, 5)
g3 = gevent.spawn(f, 5)
g1.join()
g2.join()
g3.join()

进程、线程、协程

对比请仔细理解如下的通俗描述

有一个老板想要开个工厂进行生产某件商品（例如剪子）
他需要花一些财力物力制作一条生产线，这个生产线上有很多的器件以及材料这些所有的为了能够生产剪子而准备的资源称之为：进程
只有生产线是不能够进行生产的，所以老板的找个工人来进行生产，这个工人能够利用这些材料最终一步步的将剪子做出来，这个来做事情的工人称之为：线程
这个老板为了提高生产率，想到3种办法：
1. 在这条生产线上多招些工人，一起来做剪子，这样效率是成倍増长，即单进程多线程方式
2. 老板发现这条生产线上的工人不是越多越好，因为一条生产线的资源以及材料毕竟有限，所以老板又花了些财力物力购置了另外一条生产线，然后再招些工人这样效率又再一步提高了，即多进程多线程方式
3. 老板发现，现在已经有了很多条生产线，并且每条生产线上已经有很多工人了（即程序是多进程的，每个进程中又有多个线程），为了再次提高效率，老板想了个损招，规定：如果某个员工在上班时临时没事或者再等待某些条件（比如等待另一个工人生产完谋道工序之后他才能再次工作），那么这个员工就利用这个时间去做其它的事情，那么也就是说：如果一个线程等待某些条件，可以充分利用这个时间去做其它事情，其实这就是：协程方式

简单总结

进程是资源分配的单位
线程是操作系统调度的单位
进程切换需要的资源很最大，效率很低
线程切换需要的资源一般，效率一般（当然了在不考虑GIL的情况下）
协程切换任务资源很小，效率高
多进程、多线程根据cpu核数不一样可能是并行的，但是协程是在一个线程中所以是并发

posted @ 2019-11-11 15:46 Kailinymq 阅读(230) 评论(0) 收藏举报

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互斥锁

进程

进程的创建-multiprocessing

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协程和线程差异

简单实现协程

greenlet

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1. gevent的使用

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