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Python如何实现多进程编程

2016年07月24日19410

Python如何实现多进程编程呢?要让Python程序实现多进程(multiprocessing),我们先了解操作系统的相关知识。

Unix/Linux操作系统提供了一个fork()系统调用,它非常特殊。普通的函数调用,调用一次,返回一次,但是fork()调用一次,返回两次,因为操作系统自动把当前进程(称为父进程)复制了一份(称为子进程),然后,分别在父进程和子进程内返回。

子进程永远返回0,而父进程返回子进程的ID。这样做的理由是,一个父进程可以fork出很多子进程,所以,父进程要记下每个子进程的ID,而子进程只需要调用getppid()就可以拿到父进程的ID。

Python的os模块封装了常见的系统调用,其中就包括fork,可以在Python程序中轻松创建子进程:

import os

print('Process (%s) start...' % os.getpid())# Only works on Unix/Linux/Mac:pid = os.fork()if pid == 0:
print('I am child process (%s) and my parent is %s.' % (os.getpid(), os.getppid()))else:
print('I (%s) just created a child process (%s).' % (os.getpid(), pid))

运行结果如下:

Process (876) start...
I (876) just created a child process (877).
I am child process (877) and my parent is 876.

由于Windows没有fork调用,上面的代码在Windows上无法运行。由于Mac系统是基于BSD(Unix的一种)内核,所以,在Mac下运行是没有问题的,推荐大家用Mac学Python!

有了fork调用,一个进程在接到新任务时就可以复制出一个子进程来处理新任务,常见的Apache服务器就是由父进程监听端口,每当有新的http请求时,就fork出子进程来处理新的http请求。

multiprocessing

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。借助这个包,可以轻松完成从单进程到并发执行的转换。multiprocessing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。

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。

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。

3. 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。

4. Event

Event用来实现进程间同步通信。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

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