python -- 多进程

python中的多线程其实并不是真正的多线程，如果想要充分地使用多核CPU的资源，在python中大部分情况需要使用多进程。

Python提供了非常好用的多进程包multiprocessing，只需要定义一个函数，Python会完成其他所有事情。

1.Process

创建进程的类：Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])，target表示调用对象，args表示调用对象的位置参数元组。kwargs表示调用对象的字典。name为别名。group实质上不使用。
方法：is_alive()、join([timeout])、run()、start()、terminate()。其中，Process以start()启动某个进程。

属性：authkey、daemon（要通过start()设置）、exitcode(进程在运行时为None、如果为–N，表示被信号N结束）、name、pid。其中daemon是父进程终止后自动终止，且自己不能产生新进程，必须在start()之前设置。

 

　　(1)创建多进程

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

from multiprocessing import Process
import time


def f(name):
    time.sleep(1)
    print("hello ", name)

if __name__ == '__main__':
    p1 = Process(target=f, args=['Bob1', ])     #target是创建的进程要执行的函数，args是传递给该函数的参数
    p2 = Process(target=f, args=['Bob2', ])   #这里进程p*的父进程是当前脚本，脚本的父进程是执行环境(eg：pycharm)
    p1.start()
    p2.start()
    p1.join()
    p2.join()
    time.sleep(1)
    print("----main process over----")

　　执行结果

hello  Bob2
hello  Bob1
----main process over----

 

2、LOCK

　　当多个进程需要访问共享资源的时候，LOCK可以用来避免访问的冲突　

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

'''
进程同步是说的进程一起执行
'''
from multiprocessing import Process,Lock

def f(lock,i):
    lock.acquire()
    try:
        print('hello world',i)
    finally:
        lock.release()

if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()

    for num in range(10):
        Process(target=f,args=(lock,num)).start()

　　执行结果

hello world 0
hello world 3
hello world 2
hello world 6
hello world 5
hello world 1
hello world 4
hello world 7
hello world 9
hello world 8

 

3、Queue、Pipe、Manager

　　分别利用Queue、Pipe、Manager实现进程间通信

　(1)Queue

　　Queue是多进程安全的队列，可以使用Queue实现多进程之间的数据传递。put方法用以插入数据到队列中，put方法还有两个可选参数：blocked和timeout。如果blocked为True（默认值），并且timeout为正值，该方法会阻塞timeout指定的时间，直到该队列有剩余的空间。如果超时，会抛出Queue.Full异常。如果blocked为False，但该Queue已满，会立即抛出Queue.Full异常。

　　get方法可以从队列读取并且删除一个元素。同样，get方法有两个可选参数：blocked和timeout。如果blocked为True（默认值），并且timeout为正值，那么在等待时间内没有取到任何元素，会抛出Queue.Empty异常。如果blocked为False，有两种情况存在，如果Queue有一个值可用，则立即返回该值，否则，如果队列为空，则立即抛出Queue.Empty异常。

 

　 (2) Pipe

　　Pipe方法返回(conn1, conn2)代表一个管道的两个端。Pipe方法有duplex参数，如果duplex参数为True(默认值)，那么这个管道是全双工模式，也就是说conn1和conn2均可收发。duplex为False，conn1只负责接受消息，conn2只负责发送消息。

 　　send和recv方法分别是发送和接受消息的方法。例如，在全双工模式下，可以调用conn1.send发送消息，conn1.recv接收消息。如果没有消息可接收，recv方法会一直阻塞。如果管道已经被关闭，那么recv方法会抛出EOFError。 

 

　 (3) Manager

　　Manager()支持：list、dict、Namespace、Lock、Rlock、Semaphore、 BoundedSemaphore、Condition、Event、Barrier、Queue、Value、Array 其中常用的就list、dict。 注意：其中的list、dict都要通过Manager() 实现。

 

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

'''
进程之间是不能直接通信的，需要第三方作为通信媒介
'''

'''以下是Queue实现数据传递代码'''
from multiprocessing import  Process,Queue

def f1(q):
    q.put([22,'root','hello'])

def f2(q):
    q.put([23,'admin','hello'])


'''以下是Pipe实现数据传递代码'''
from multiprocessing import  Process,Pipe

def f3(conn):
    conn.send([23,'admin1','hello'])

def f4(conn):
    conn.send([24, 'root', 'hello'])


'''以下是Manager实现数据共享代码'''
from multiprocessing import Process,Manager

def f(d,l,n):
    d[n] = n
    d['name'] = 'root'
    l.append(n)
    print(l)

#以下是主程序
if __name__ == '__main__':
    print(
        '''\033[42;1m 利用Queue实现进程间的通信 \033[0m '''
    )
    '''
    这里的进程间通信是在同一父进程下不同子进程间的通信，因为队列q是在父进程实例化并
    传递到每个子进程中。(当然可以在一个第三方文件里面创建一个队列，其余文件来调用是可以的)
    '''
    q = Queue()    #生成一个第三方队列，用来存放子进程put的值
                # 这里的Queue是在queue.Queue的基础上，封装了能多进程访问
    pq1 = Process(target=f1,args=(q,))
    pq2 = Process(target=f2,args=(q,))  #要把队列对象q当参数传递给各个子进程
    pq1.start()
    pq2.start()
    print('from parent 1:',q.get())
    print('from parent 2:',q.get())

    print(
        '''\n\033[43;1m 利用Pipe实现进程间的通信 \033[0m '''
    )
    parent_conn,child_conn = Pipe()
    pp1 = Process(target=f3,args=(child_conn,))
    pp2 = Process(target=f4,args=(child_conn,))
    pp1.start()
    pp2.start()
    print('parent data from pp1:', parent_conn.recv())
    print('parent data from pp2:', parent_conn.recv())
    parent_conn.close() #这个在子进程或父进程关闭都可以

    print(
        '''\n\033[43;1m 利用Manager实现进程间的数据共享 \033[0m '''
    )
    '''
    这里Manager()支持：list、dict、Namespace、Lock、Rlock、Semaphore、
     BoundedSemaphore、Condition、Event、Barrier、Queue、Value、Array
     其中常用的就list、dict。
     注意：其中的list、dict都要通过Manager() 实现
    '''
    #manager = Manager()  #注意这样后面需要关闭，用with...as...语句更方便
    with Manager() as manager:
        d = manager.dict()
        # l = manager.list()  #这样生成空列表
        l = manager.list(range(5))

        process_list = []
        for i in range(10):
            p = Process(target=f,args=(d,l,i))
            p.start()
            process_list.append(p)

        for res in process_list:
            res.join()

        print("执行结束l：",l)
        print("执行结束d：",d)

 

4、POOL

　　在利用Python进行系统管理的时候，特别是同时操作多个文件目录，或者远程控制多台主机，并行操作可以节约大量的时间。当被操作对象数目不大时，可以直接利用multiprocessing中的Process动态成生多个进程，十几个还好，但如果是上百个，上千个目标，手动的去限制进程数量却又太过繁琐，此时可以发挥进程池的功效。
Pool可以提供指定数量的进程，供用户调用，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规定最大值，那么该请求就会等待，直到池中有进程结束，才会创建新的进程来它。

函数解释：

• apply_async(func[, args[, kwds[, callback]]]) 它是非阻塞，apply(func[, args[, kwds]])是阻塞的（理解区别，看例1例2结果区别）
• close()    关闭pool，使其不在接受新的任务。
• terminate()    结束工作进程，不在处理未完成的任务。
• join()    主进程阻塞，等待子进程的退出， join方法要在close或terminate之后使用。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

'''
进程池内部维护一个进程序列，当使用时，则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。

进程池方法：
    apply: 同步
    apply_async: 异步
'''
from multiprocessing import Process,Pool,freeze_support
import time

def Foo(i):
    time.sleep(1)
    return i,i+100

def Bar(arg):
    # print('arg:',arg)
    data.append(arg)
    print('--> exec done [%s]: %s' % (arg[0],arg[1]))

if __name__ == '__main__':
    freeze_support()   #要导入，在win下必须有它，不然会报错。linux下不用

    pool = Pool(3)  #生成一个有5个进程序列的进程池实例
    data = []
    for i in range(10):
        # func为进程每次执行的函数，args是参数，callback是执行完func后执行的函数，
        # 并且callback会自动接收func的返回值作为函数参数。Foo是子进程执行的函数，callback是在
        # 父进程执行的函数，所以这里说明是子进程把执行结果返回给父进程里面的函数
        pool.apply_async(func=Foo,args=(i,),callback=Bar)
        #pool.apply(func=Foo,args=(i,))   #进程同步，没啥用

    print("end")
    pool.close()
    pool.join()  #这里表示进程池中进程执行完毕后再关闭，若注释，那么程序直接关闭
        #注意：这里是先close，再join
    print('全局变量data：',data)

　　执行结果

end
--> exec done [0]: 100
--> exec done [1]: 101
--> exec done [2]: 102
--> exec done [3]: 103
--> exec done [4]: 104
--> exec done [5]: 105
--> exec done [7]: 107
--> exec done [6]: 106
--> exec done [8]: 108
--> exec done [9]: 109
全局变量data： [(0, 100), (1, 101), (2, 102), (3, 103), (4, 104), (5, 105), (7, 107), (6, 106), (8, 108), (9, 109)]

 

5、Semaphore

　　Semaphore用来控制对共享资源的访问数量，例如池的最大连接数。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-

import multiprocessing
import time


def run(s, i):
    s.acquire()
    print(multiprocessing.current_process().name + "acquire");
    time.sleep(i)
    print(multiprocessing.current_process().name + "release\n");
    s.release()


if __name__ == "__main__":
    s = multiprocessing.Semaphore(2)  #最多允许3个进程同时运行

    process_list = []
    for i in range(3):
        p = multiprocessing.Process(target=run, args=(s, i * 2))
        p.start()
        process_list.append(p)

    for process in process_list:
        process.join()

    print('\033[31;1m 全部结束 \033[0m')

　　执行结果

Process-1acquire
Process-1release

Process-3acquire
Process-2acquire
Process-2release

Process-3release

 全部结束 

 

6、Event

　　用Event实现进程同步

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-

import multiprocessing
import time


def wait_for_event(e):
    print("wait_for_event: starting")
    e.wait()
    print("wairt_for_event: e.is_set()->" + str(e.is_set()))


def wait_for_event_timeout(e, t):
    print("wait_for_event_timeout:starting")
    e.wait(t)
    print("wait_for_event_timeout:e.is_set->" + str(e.is_set()))


if __name__ == "__main__":
    e = multiprocessing.Event()
    w1 = multiprocessing.Process(name="block",
                                 target=wait_for_event,
                                 args=(e,))

    w2 = multiprocessing.Process(name="non-block",
                                 target=wait_for_event_timeout,
                                 args=(e, 2))
    w1.start()
    w2.start()

    time.sleep(3)

    e.set()
    print("main: event is set")

　　执行结果

wait_for_event: starting
wait_for_event_timeout:starting
wait_for_event_timeout:e.is_set->False
wairt_for_event: e.is_set()->True
main: event is set