Justin-刘清政的博客

1-Python中的GIL

2020-03-25

一、进程池

为什么要有进程池?进程池的概念。

在程序实际处理问题过程中,忙时会有成千上万的任务需要被执行,闲时可能只有零星任务。那么在成千上万个任务需要被执行的时候,我们就需要去创建成千上万个进程么?首先,创建进程需要消耗时间,销毁进程也需要消耗时间。第二即便开启了成千上万的进程,操作系统也不能让他们同时执行,这样反而会影响程序的效率。因此我们不能无限制的根据任务开启或者结束进程。那么我们要怎么做呢?

在这里,要给大家介绍一个进程池的概念,定义一个池子,在里面放上固定数量的进程,有需求来了,就拿一个池中的进程来处理任务,等到处理完毕,进程并不关闭,而是将进程再放回进程池中继续等待任务。如果有很多任务需要执行,池中的进程数量不够,任务就要等待之前的进程执行任务完毕归来,拿到空闲进程才能继续执行。也就是说,池中进程的数量是固定的,那么同一时间最多有固定数量的进程在运行。这样不会增加操作系统的调度难度,还节省了开闭进程的时间,也一定程度上能够实现并发效果。

二、概念介绍——multiprocess.Pool

Pool([numprocess [,initializer [, initargs]]]):创建进程池

三、参数用法

  1. numprocess:要创建的进程数,如果省略,将默认使用cpu_count()的值
  2. initializer:是每个工作进程启动时要执行的可调用对象,默认为None
  3. initargs:是要传给initializer的参数组

四、主要方法

p.apply(func [, args [, kwargs]]):在一个池工作进程中执行func(args,*kwargs),然后返回结果。需要强调的是:此操作并不会在所有池工作进程中并执行func函数。如果要通过不同参数并发地执行func函数,必须从不同线程调用p.apply()函数或者使用p.apply_async()

p.apply_async(func [, args [, kwargs]]):在一个池工作进程中执行func(args,*kwargs),然后返回结果。此方法的结果是AsyncResult类的实例,callback是可调用对象,接收输入参数。当func的结果变为可用时,将理解传递给callback。callback禁止执行任何阻塞操作,否则将接收其他异步操作中的结果。

p.close():关闭进程池,防止进一步操作。如果所有操作持续挂起,它们将在工作进程终止前完成

P.join():等待所有工作进程退出。此方法只能在close()teminate()之后调用

五、其他方法(了解)

方法apply_async()map_async()的返回值是AsyncResul的实例obj。实例具有以下方法:

obj.get():返回结果,如果有必要则等待结果到达。timeout是可选的。如果在指定时间内还没有到达,将引发一场。如果远程操作中引发了异常,它将在调用此方法时再次被引发。

obj.ready():如果调用完成,返回True

obj.successful():如果调用完成且没有引发异常,返回True,如果在结果就绪之前调用此方法,引发异常

obj.wait([timeout]):等待结果变为可用。

obj.terminate():立即终止所有工作进程,同时不执行任何清理或结束任何挂起工作。如果p被垃圾回收,将自动调用此函数

六、代码实例——multiprocess.Pool

6.1 同步

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
import os,time
from multiprocessing import Pool

def work(n):
print('%s run' %os.getpid())
time.sleep(3)
return n**2

if __name__ == '__main__':
p=Pool(3) #进程池中从无到有创建三个进程,以后一直是这三个进程在执行任务
res_l=[]
for i in range(10):
res=p.apply(work,args=(i,)) # 同步调用,直到本次任务执行完毕拿到res,等待任务work执行的过程中可能有阻塞也可能没有阻塞
# 但不管该任务是否存在阻塞,同步调用都会在原地等着
print(res_l)

6.2 异步

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
import os
import time
import random
from multiprocessing import Pool

def work(n):
print('%s run' %os.getpid())
time.sleep(random.random())
return n**2

if __name__ == '__main__':
p=Pool(3) #进程池中从无到有创建三个进程,以后一直是这三个进程在执行任务
res_l=[]
for i in range(10):
res=p.apply_async(work,args=(i,)) # 异步运行,根据进程池中有的进程数,每次最多3个子进程在异步执行
# 返回结果之后,将结果放入列表,归还进程,之后再执行新的任务
# 需要注意的是,进程池中的三个进程不会同时开启或者同时结束
# 而是执行完一个就释放一个进程,这个进程就去接收新的任务。
res_l.append(res)

# 异步apply_async用法:如果使用异步提交的任务,主进程需要使用jion,等待进程池内任务都处理完,然后可以用get收集结果
# 否则,主进程结束,进程池可能还没来得及执行,也就跟着一起结束了
p.close()
p.join()
for res in res_l:
print(res.get()) #使用get来获取apply_aync的结果,如果是apply,则没有get方法,因为apply是同步执行,立刻获取结果,也根本无需get

七、进程池版socket并发聊天练习

7.1 server

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
#Pool内的进程数默认是cpu核数,假设为4(查看方法os.cpu_count())
#开启6个客户端,会发现2个客户端处于等待状态
#在每个进程内查看pid,会发现pid使用为4个,即多个客户端公用4个进程
from socket import *
from multiprocessing import Pool
import os

server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
server.bind(('127.0.0.1',8080))
server.listen(5)

def talk(conn):
print('进程pid: %s' %os.getpid())
while True:
try:
msg=conn.recv(1024)
if not msg:break
conn.send(msg.upper())
except Exception:
break

if __name__ == '__main__':
p=Pool(4)
while True:
conn,*_=server.accept()
p.apply_async(talk,args=(conn,))
# p.apply(talk,args=(conn,client_addr)) #同步的话,则同一时间只有一个客户端能访问

7.2 client

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
from socket import *

client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1',8080))


while True:
msg=input('>>: ').strip()
if not msg:continue

client.send(msg.encode('utf-8'))
msg=client.recv(1024)
print(msg.decode('utf-8'))

发现:并发开启多个客户端,服务端同一时间只有4个不同的pid,只能结束一个客户端,另外一个客户端才会进来。

八、回调函数

需要回调函数的场景:进程池中任何一个任务一旦处理完了,就立即告知主进程:我好了额,你可以处理我的结果了。主进程则调用一个函数去处理该结果,该函数即回调函数

我们可以把耗时间(阻塞)的任务放到进程池中,然后指定回调函数(主进程负责执行),这样主进程在执行回调函数时就省去了I/O的过程,直接拿到的是任务的结果。

8.1 使用多进程请求多个url来减少网络等待浪费的时间

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
from multiprocessing import Pool
import requests
import json
import os

def get_page(url):
print('<进程%s> get %s' %(os.getpid(),url))
respone=requests.get(url)
if respone.status_code == 200:
return {'url':url,'text':respone.text}

def pasrse_page(res):
print('<进程%s> parse %s' %(os.getpid(),res['url']))
parse_res='url:<%s> size:[%s]\n' %(res['url'],len(res['text']))
with open('db.txt','a') as f:
f.write(parse_res)


if __name__ == '__main__':
urls=[
'https://www.baidu.com',
'https://www.python.org',
'https://www.openstack.org',
'https://help.github.com/',
'http://www.sina.com.cn/'
]

p=Pool(3)
res_l=[]
for url in urls:
res=p.apply_async(get_page,args=(url,),callback=pasrse_page)
res_l.append(res)

p.close()
p.join()
print([res.get() for res in res_l]) #拿到的是get_page的结果,其实完全没必要拿该结果,该结果已经传给回调函数处理了

'''
打印结果:
<进程3388> get https://www.baidu.com
<进程3389> get https://www.python.org
<进程3390> get https://www.openstack.org
<进程3388> get https://help.github.com/
<进程3387> parse https://www.baidu.com
<进程3389> get http://www.sina.com.cn/
<进程3387> parse https://www.python.org
<进程3387> parse https://help.github.com/
<进程3387> parse http://www.sina.com.cn/
<进程3387> parse https://www.openstack.org
[{'url': 'https://www.baidu.com', 'text': '<!DOCTYPE html>\r\n...',...}]
'''

8.2 爬虫实例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
import re
from urllib.request import urlopen
from multiprocessing import Pool

def get_page(url,pattern):
response=urlopen(url).read().decode('utf-8')
return pattern,response

def parse_page(info):
pattern,page_content=info
res=re.findall(pattern,page_content)
for item in res:
dic={
'index':item[0].strip(),
'title':item[1].strip(),
'actor':item[2].strip(),
'time':item[3].strip(),
}
print(dic)
if __name__ == '__main__':
regex = r'<dd>.*?<.*?class="board-index.*?>(\d+)</i>.*?title="(.*?)".*?class="movie-item-info".*?<p class="star">(.*?)</p>.*?<p class="releasetime">(.*?)</p>'
pattern1=re.compile(regex,re.S)

url_dic={
'http://maoyan.com/board/7':pattern1,
}

p=Pool()
res_l=[]
for url,pattern in url_dic.items():
res=p.apply_async(get_page,args=(url,pattern),callback=parse_page)
res_l.append(res)

for i in res_l:
i.get()

九、无需回调函数

如果在主进程中等待进程池中所有任务都执行完毕后,再统一处理结果,则无需回调函数。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
from multiprocessing import Pool
import time,random,os

def work(n):
time.sleep(1)
return n**2
if __name__ == '__main__':
p=Pool()

res_l=[]
for i in range(10):
res=p.apply_async(work,args=(i,))
res_l.append(res)

p.close()
p.join() #等待进程池中所有进程执行完毕

nums=[]
for res in res_l:
nums.append(res.get()) #拿到所有结果
print(nums) #主进程拿到所有的处理结果,可以在主进程中进行统一进行处理

进程池的其他实现方法:https://docs.python.org/dev/library/concurrent.futures.html

Tags: Python
使用支付宝打赏
使用微信打赏

点击上方按钮,请我喝杯咖啡!

扫描二维码,分享此文章