Python3-进程

进程

• 什么是进程

• 进程调度

• 进程的并行与并发

• 进程的建立与结束

• 在python程序中的进程操做

• 守护进程

• 进程同步(multiprocess.Lock)

• 进程间通讯——队列

• 生产者消费者模型

• 进程池和multiprocess.Pool模块

 

什么是进程

进程（Process）是计算机中的程序关于数据集合上的一次运行活动，是操做系统结构的基础。

在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；

在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

狭义定义：进程是正在运行的程序的实例。

广义定义：进程是一个具备必定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操做系统动态执行的基本单元，在传统的操做系统中，进程便是基本的分配单元，也是基本的执行单元。

必备的理论基础：

 

#一 操做系统的做用：
    1：隐藏丑陋复杂的硬件接口，提供良好的抽象接口
    2：管理、调度进程，而且将多个进程对硬件的竞争变得有序

#二 多道技术：
    1.产生背景：针对单核，实现并发
    ps：
    如今的主机通常是多核，那么每一个核都会利用多道技术
    有4个cpu，运行于cpu1的某个程序遇到io阻塞，会等到io结束再从新调度，会被调度到4个
    cpu中的任意一个，具体由操做系统调度算法决定。
    
    2.空间上的复用：如内存中同时有多道程序
    3.时间上的复用：复用一个cpu的时间片
       强调：遇到io切，占用cpu时间过长也切，核心在于切以前将进程的状态保存下来，这样
            才能保证下次切换回来时，能基于上次切走的位置继续运行

第一，进程是一个实体。每个进程都有它本身的地址空间，通常状况下，包括文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）。文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。
第二，进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时（操做系统执行之），它才能成为一个活动的实体，咱们称其为进程。[3] 
进程是操做系统中最基本、重要的概念。是多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的动态状况，描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念,全部多道程序设计操做系统都创建在进程的基础上。

进程的概念

从理论角度看，是对正在运行的程序过程的抽象
从实现角度看，是一种数据结构，目前在于清晰地刻画动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。

操做系统引入进程的概念和缘由

动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。
并发性：任何进程均可以同其余进程一块儿并发执行。
独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；
异步性：因为进程间的相互制约，使进程具备执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推动。
结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。

多个不一样的进程能够包含相同的程序：一个程序在不一样的数据集里就构成不一样的进程，能看到不一样的结果；可是执行过程当中，程序不能发生改变。

进程的特征

程序是指令和数据的有序集合，其自己没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。
程序能够做为一种软件资料长期存在，而进程是有必定生命期的。
程序是永久的，进程是暂时的

进程与程序中的区别

注意：同一个程序执行两次，就会在操做系统中出现两个进程，因此咱们能够同时运行一个软件，分别作不一样的事情也不会混乱。

 

进程调度

要想多个进程交替运行，操做系统必须对这些进程进行调度，这个调度也不是随机进行的，而是须要遵循必定的法则，由此就有了进程的调度方法。

先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于做业调度，也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长做业（进程），而不利于短做业（进程）。由此可知，本算法适合于CPU繁忙型做业，而不利于I/O繁忙型的做业（进程）。

先来服务调度方法

短做业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短做业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于做业调度，也可用于进程调度。但其对长做业不利；不能保证紧迫性做业（进程）被及时处理；做业的长短只是被估算出来的。

短做业优先调度算法

时间片轮转(Round Robin，RR)法的基本思路是让每一个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成比例。在时间片轮转法中，须要将CPU的处理时间分红固定大小的时间片，例如，几十毫秒至几百毫秒。若是一个进程在被调度选中以后用完了系统规定的时间片，但又未完成要求的任务，则它自行释放本身所占有的CPU而排到就绪队列的末尾，等待下一次调度。同时，进程调度程序又去调度当前就绪队列中的第一个进程。
      显然，轮转法只能用来调度分配一些能够抢占的资源。这些能够抢占的资源能够随时被剥夺，并且能够将它们再分配给别的进程。CPU是可抢占资源的一种。但打印机等资源是不可抢占的。因为做业调度是对除了CPU以外的全部系统硬件资源的分配，其中包含有不可抢占资源，因此做业调度不使用轮转法。
在轮转法中，时间片长度的选取很是重要。首先，时间片长度的选择会直接影响到系统的开销和响应时间。若是时间片长度太短，则调度程序抢占处理机的次数增多。这将使进程上下文切换次数也大大增长，从而加剧系统开销。反过来，若是时间片长度选择过长，例如，一个时间片能保证就绪队列中所需执行时间最长的进程能执行完毕，则轮转法变成了先来先服务法。时间片长度的选择是根据系统对响应时间的要求和就绪队列中所容许最大的进程数来肯定的。
      在轮转法中，加入到就绪队列的进程有3种状况：
      一种是分给它的时间片用完，但进程还未完成，回到就绪队列的末尾等待下次调度去继续执行。
      另外一种状况是分给该进程的时间片并未用完，只是由于请求I/O或因为进程的互斥与同步关系而被阻塞。当阻塞解除以后再回到就绪队列。
      第三种状况就是新建立进程进入就绪队列。
      若是对这些进程区别对待，给予不一样的优先级和时间片从直观上看，能够进一步改善系统服务质量和效率。例如，咱们可把就绪队列按照进程到达就绪队列的类型和进程被阻塞时的阻塞缘由分红不一样的就绪队列，每一个队列按FCFS原则排列，各队列之间的进程享有不一样的优先级，但同一队列内优先级相同。这样，当一个进程在执行完它的时间片以后，或从睡眠中被唤醒以及被建立以后，将进入不一样的就绪队列。  

时间片轮转法

时间片轮转法

前面介绍的各类用做进程调度的算法都有必定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，并且若是并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将没法使用。
而多级反馈队列调度算法则没必要事先知道各类进程所需的执行时间，并且还能够知足各类类型进程的须要，于是它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。在采用多级反馈队列调度算法的系统中，调度算法的实施过程以下所述。
(1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不一样的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其他各队列的优先权逐个下降。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每一个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，……，第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。
(2) 当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，即可准备撤离系统；若是它在一个时间片结束时还没有完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再一样地按FCFS原则等待调度执行；若是它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，……，如此下去，当一个长做业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采起按时间片轮转的方式运行。

(3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1～(i-1)队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。若是处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1～(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。

多级反馈队列

多级反馈队列

 

 

进程的并行与并发

并行 : 并行是指二者同时执行，好比赛跑，两我的都在不停的往前跑；（资源够用，好比三个线程，四核的CPU ）

并发 : 并发是指资源有限的状况下，二者交替轮流使用资源，好比一段路(单核CPU资源)同时只能过一我的，A走一段后，让给B，B用完继续给A ，交替使用，目的是提升效率。

区别:

并行是从微观上，也就是在一个精确的时间片刻，有不一样的程序在执行，这就要求必须有多个处理器。
并发是从宏观上，在一个时间段上能够看出是同时执行的，好比一个服务器同时处理多个session。

 

 

进程的建立与结束

进程的建立

　　但凡是硬件，都须要有操做系统去管理，只要有操做系统，就有进程的概念，就须要有建立进程的方式，一些操做系统只为一个应用程序设计，好比微波炉中的控制器，一旦启动微波炉，全部的进程都已经存在。

　　而对于通用系统（跑不少应用程序），须要有系统运行过程当中建立或撤销进程的能力，主要分为4中形式建立新的进程：

　　1. 系统初始化（查看进程linux中用ps命令，windows中用任务管理器，前台进程负责与用户交互，后台运行的进程与用户无关，运行在后台而且只在须要时才唤醒的进程，称为守护进程，如电子邮件、web页面、新闻、打印）

　　2. 一个进程在运行过程当中开启了子进程（如nginx开启多进程，os.fork,subprocess.Popen等）

　　3. 用户的交互式请求，而建立一个新进程（如用户双击暴风影音）

　　4. 一个批处理做业的初始化（只在大型机的批处理系统中应用）

　　不管哪种，新进程的建立都是由一个已经存在的进程执行了一个用于建立进程的系统调用而建立的。　

1. 在UNIX中该系统调用是：fork，fork会建立一个与父进程如出一辙的副本，两者有相同的存储映像、一样的环境字符串和一样的打开文件（在shell解释器进程中，执行一个命令就会建立一个子进程）

　　2. 在windows中该系统调用是：CreateProcess，CreateProcess既处理进程的建立，也负责把正确的程序装入新进程。

　　关于建立子进程，UNIX和windows

　　1.相同的是：进程建立后，父进程和子进程有各自不一样的地址空间（多道技术要求物理层面实现进程之间内存的隔离），任何一个进程的在其地址空间中的修改都不会影响到另一个进程。

　　2.不一样的是：在UNIX中，子进程的初始地址空间是父进程的一个副本，提示：子进程和父进程是能够有只读的共享内存区的。可是对于windows系统来讲，从一开始父进程与子进程的地址空间就是不一样的。

建立进程

建立进程

进程的结束

　　1. 正常退出（自愿，如用户点击交互式页面的叉号，或程序执行完毕调用发起系统调用正常退出，在linux中用exit，在windows中用ExitProcess）

　　2. 出错退出（自愿，python a.py中a.py不存在）

　　3. 严重错误（非自愿，执行非法指令，如引用不存在的内存，1/0等，能够捕捉异常，try...except...）

　　4. 被其余进程杀死（非自愿，如kill -9）

 

在python程序中的进程操做

刚刚咱们已经了解了，运行中的程序就是一个进程。全部的进程都是经过它的父进程来建立的。所以，运行起来的python程序也是一个进程，那么咱们也能够在程序中再建立进程。多个进程能够实现并发效果，也就是说，当咱们的程序中存在多个进程的时候，在某些时候，就会让程序的执行速度变快。以咱们以前所学的知识，并不能实现建立进程这个功能，因此咱们就须要借助python中强大的模块。

multiprocess模块

      仔细说来，multiprocess不是一个模块而是python中一个操做、管理进程的包。 之因此叫multi是取自multiple的多功能的意思,在这个包中几乎包含了和进程有关的全部子模块。因为提供的子模块很是多，为了方便你们归类记忆，我将这部分大体分为四个部分：

建立进程部分

进程同步部分

进程池部分

进程之间数据共享

multiprocess.process模块

process模块介绍

process模块是一个建立进程的模块，借助这个模块，就能够完成进程的建立。

Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])，由该类实例化获得的对象，表示一个子进程中的任务（还没有启动）

强调：
1. 须要使用关键字的方式来指定参数
2. args指定的为传给target函数的位置参数，是一个元组形式，必须有逗号

参数介绍：
group参数未使用，值始终为None
target表示调用对象，即子进程要执行的任务
args表示调用对象的位置参数元组，args=(1,2,'egon',)
kwargs表示调用对象的字典,kwargs={'name':'egon','age':18}
name为子进程的名称

p.start()：启动进程，并调用该子进程中的p.run() 
p.run():进程启动时运行的方法，正是它去调用target指定的函数，咱们自定义类的类中必定要实现该方法  
p.terminate():强制终止进程p，不会进行任何清理操做，若是p建立了子进程，该子进程就成了僵尸进程，使用该方法须要特别当心这种状况。若是p还保存了一个锁那么也将不会被释放，进而致使死锁
p.is_alive():若是p仍然运行，返回True
p.join([timeout]):主线程等待p终止（强调：是主线程处于等的状态，而p是处于运行的状态）。timeout是可选的超时时间，须要强调的是，p.join只能join住start开启的进程，而不能join住run开启的进程  

方法介绍

方法介绍

p.daemon：默认值为False，若是设为True，表明p为后台运行的守护进程，当p的父进程终止时，p也随之终止，而且设定为True后，p不能建立本身的新进程，必须在p.start()以前设置
p.name:进程的名称
p.pid：进程的pid
p.exitcode:进程在运行时为None、若是为–N，表示被信号N结束(了解便可)
p.authkey:进程的身份验证键,默认是由os.urandom()随机生成的32字符的字符串。这个键的用途是为涉及网络链接的底层进程间通讯提供安全性，这类链接只有在具备相同的身份验证键时才能成功（了解便可）

属性介绍

属性介绍

在Windows操做系统中因为没有fork(linux操做系统中建立进程的机制)，在建立子进程的时候会自动 import 启动它的这个文件，而在 import 的时候又执行了整个文件。所以若是将process()直接写在文件中就会无限递归建立子进程报错。因此必须把建立子进程的部分使用if __name__ ==‘__main__’ 判断保护起来，import 的时候  ，就不会递归运行了。

在windows中使用process模块的注意事项

使用process模块建立进程

在一个python进程中开启子进程，start方法和并发效果。

import time
from multiprocessing import Process

def f(name):
    print('hello', name)
    print('我是子进程')

if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=f, args=('bob',))
    p.start()
    time.sleep(1)
    print('执行主进程的内容了')

在python中启动的第一个子进程

import time
from multiprocessing import Process

def f(name):
    print('hello', name)
    time.sleep(1)
    print('我是子进程')


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=f, args=('bob',))
    p.start()
    #p.join()
    print('我是父进程')

join方法

import os
from multiprocessing import Process

def f(x):
    print('子进程id ：',os.getpid(),'父进程id ：',os.getppid())
    return x*x

if __name__ == '__main__':
    print('主进程id ：', os.getpid())
    p_lst = []
    for i in range(5):
        p = Process(target=f, args=(i,))
        p.start()

查看主进程和子进程的进程号

 

进阶，多个进程同时运行（注意，子进程的执行顺序不是根据启动顺序决定的）

import time
from multiprocessing import Process


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


if __name__ == '__main__':
    p_lst = []
    for i in range(5):
        p = Process(target=f, args=('bob',))
        p.start()
        p_lst.append(p)

多个进程同时运行

import time
from multiprocessing import Process


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


if __name__ == '__main__':
    p_lst = []
    for i in range(5):
        p = Process(target=f, args=('bob',))
        p.start()
        p_lst.append(p)
        p.join()       # 串行
    # [p.join() for p in p_lst]
    print('父进程在执行')

多个进程运行，join方法1

import time
from multiprocessing import Process

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

if __name__ == '__main__':
    p_lst = []
    for i in range(5):
        p = Process(target=f, args=('bob',))
        p.start()
        p_lst.append(p)
   for p in p_lst:
        p.join()    # 并发，并确保全部子进程运行完
    print('父进程在执行')    

多个进程运行时，join方法2

 

除了上面这些开启进程的方法，还有一种以继承Process类的形式开启进程的方式

import os
from multiprocessing import Process


class MyProcess(Process):
    def __init__(self,name):
        super().__init__()
        self.name=name
    def run(self):
        print(os.getpid())
        print('%s 正在和女主播聊天' %self.name)

p1=MyProcess('wupeiqi')
p2=MyProcess('yuanhao')
p3=MyProcess('nezha')

p1.start() #start会自动调用run
p2.start()
# p2.run()
p3.start()


p1.join()
p2.join()
p3.join()

print('主线程')

经过继承Process类开启进程

 

进程之间的数据隔离问题

from multiprocessing import Process

def work():
    global n
    n=0
    print('子进程内: ',n)


if __name__ == '__main__':
    n = 100
    p=Process(target=work)
    p.start()
    print('主进程内: ',n)

进程之间数据隔离问题

 

守护进程

会随着主进程的结束而结束

主进程建立守护进程

　　其一：守护进程会在主进程代码执行结束后终止（非守护进程在主进程结束以后仍然会继续运行）

　　其二：其二：守护进程内没法再开启子进程,不然抛出异常：AssertionError: daemonic processes are not allowed to have children

注意：进程之间是互相独立的，主进程代码运行结束，守护进程随即终止

import os
import time
from multiprocessing import Process

class Myprocess(Process):
    def __init__(self,person):
        super().__init__()
        self.person = person
    def run(self):
        print(os.getpid(),self.name)
        print('%s正在和女主播聊天' %self.person)


p=Myprocess('哪吒')
p.daemon=True #必定要在p.start()前设置,设置p为守护进程,禁止p建立子进程,而且父进程代码执行结束,p即终止运行
p.start()
time.sleep(10) # 在sleep时查看进程id对应的进程ps -ef|grep id
print('主')

守护进程的启动

from multiprocessing import Process

def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)
    print("end123")

def bar():
    print(456)
    time.sleep(3)
    print("end456")


p1=Process(target=foo)
p2=Process(target=bar)

p1.daemon=True
p1.start()
p2.start()
time.sleep(0.1)
print("main-------")#打印该行则主进程代码结束,则守护进程p1应该被终止.#可能会有p1任务执行的打印信息123,由于主进程打印main----时,p1也执行了,可是随即被终止.

主进程代码执行结束守护进程当即结束

socket聊天并发实例

from socket import *
from multiprocessing import Process

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,client_addr):
    while True:
        try:
            msg=conn.recv(1024)
            if not msg:break
            conn.send(msg.upper())
        except Exception:
            break

if __name__ == '__main__': #windows下start进程必定要写到这下面
    while True:
        conn,client_addr=server.accept()
        p=Process(target=talk,args=(conn,client_addr))
        p.start()

使用多进程实现socket聊天并发-server

server端

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'))

client端

多进程中的其余方法

from multiprocessing import Process
import time
import random

class Myprocess(Process):
    def __init__(self,person):
        self.name=person
        super().__init__()

    def run(self):
        print('%s正在和网红脸聊天' %self.name)
        time.sleep(random.randrange(1,5))
        print('%s还在和网红脸聊天' %self.name)


p1=Myprocess('哪吒')
p1.start()

p1.terminate()#关闭进程,不会当即关闭,因此is_alive马上查看的结果可能仍是存活
print(p1.is_alive()) #结果为True

print('开始')
print(p1.is_alive()) #结果为False

进程对象的其余方法：terminate, is_alive

class Myprocess(Process):
    def __init__(self,person):
        self.name=person   # name属性是Process中的属性，标示进程的名字
        super().__init__() # 执行父类的初始化方法会覆盖name属性
        #self.name = person # 在这里设置就能够修改进程名字了
        #self.person = person #若是不想覆盖进程名，就修改属性名称就能够了
    def run(self):
        print('%s正在和网红脸聊天' %self.name)
        # print('%s正在和网红脸聊天' %self.person)
        time.sleep(random.randrange(1,5))
        print('%s正在和网红脸聊天' %self.name)
        # print('%s正在和网红脸聊天' %self.person)


p1=Myprocess('哪吒')
p1.start()
print(p1.pid)    #能够查看子进程的进程id

进程对象的其余属性:pid和name

进程对象的其余属性:pid和name

 

 

进程同步(multiprocess.Lock)

锁 —— multiprocess.Lock

      经过刚刚的学习，咱们想方设法实现了程序的异步，让多个任务能够同时在几个进程中并发处理，他们之间的运行没有顺序，一旦开启也不受咱们控制。尽管并发编程让咱们能更加充分的利用IO资源，可是也给咱们带来了新的问题。

　　当多个进程使用同一份数据资源的时候，就会引起数据安全或顺序混乱问题。

import os
import time
import random
from multiprocessing import Process

def work(n):
    print('%s: %s is running' %(n,os.getpid()))
    time.sleep(random.random())
    print('%s:%s is done' %(n,os.getpid()))

if __name__ == '__main__':
    for i in range(3):
        p=Process(target=work,args=(i,))
        p.start()

多进程抢占输出资源

# 由并发变成了串行,牺牲了运行效率,但避免了竞争
import os
import time
import random
from multiprocessing import Process,Lock

def work(lock,n):
    lock.acquire()
    print('%s: %s is running' % (n, os.getpid()))
    time.sleep(random.random())
    print('%s: %s is done' % (n, os.getpid()))
    lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock=Lock()
    for i in range(3):
        p=Process(target=work,args=(lock,i))
        p.start()

使用锁维护执行顺序

　　上面这种状况虽然使用加锁的形式实现了顺序的执行，可是程序又从新变成串行了，这样确实会浪费了时间，却保证了数据的安全。

join也能够实现进程串行，可是lock能够局部加锁， 而join直接是让整个进程串行

　　接下来，咱们以模拟抢票为例，来看看数据安全的重要性。 

#文件db的内容为：{"count":1}
#注意必定要用双引号，否则json没法识别
#并发运行，效率高，但竞争写同一文件，数据写入错乱
from multiprocessing import Process,Lock
import time,json,random
def search():
    dic=json.load(open('db'))
    print('\033[43m剩余票数%s\033[0m' %dic['count'])

def get():
    dic=json.load(open('db'))
    time.sleep(0.1) #模拟读数据的网络延迟
    if dic['count'] >0:
        dic['count']-=1
        time.sleep(0.2) #模拟写数据的网络延迟
        json.dump(dic,open('db','w'))
        print('\033[43m购票成功\033[0m')

def task():
    search()
    get()

if __name__ == '__main__':
    for i in range(100): #模拟并发100个客户端抢票
        p=Process(target=task)
        p.start()

多进程同时抢购余票

#文件db的内容为：{"count":5}
#注意必定要用双引号，否则json没法识别
#并发运行，效率高，但竞争写同一文件，数据写入错乱
from multiprocessing import Process,Lock
import time,json,random
def search():
    dic=json.load(open('db'))
    print('\033[43m剩余票数%s\033[0m' %dic['count'])

def get():
    dic=json.load(open('db'))
    time.sleep(random.random()) #模拟读数据的网络延迟
    if dic['count'] >0:
        dic['count']-=1
        time.sleep(random.random()) #模拟写数据的网络延迟
        json.dump(dic,open('db','w'))
        print('\033[32m购票成功\033[0m')
    else:
        print('\033[31m购票失败\033[0m')

def task(lock):
    search()
    lock.acquire()
    get()
    lock.release()

if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()
    for i in range(100): #模拟并发100个客户端抢票
        p=Process(target=task,args=(lock,))
        p.start()

使用锁来保证数据安全

使用锁来保证数据安全

#加锁能够保证多个进程修改同一块数据时，同一时间只能有一个任务能够进行修改，即串行的修改，没错，速度是慢了，但牺牲了速度却保证了数据安全。
虽然能够用文件共享数据实现进程间通讯，但问题是：
1.效率低（共享数据基于文件，而文件是硬盘上的数据）
2.须要本身加锁处理

#所以咱们最好找寻一种解决方案可以兼顾：1、效率高（多个进程共享一块内存的数据）2、帮咱们处理好锁问题。这就是mutiprocessing模块为咱们提供的基于消息的IPC通讯机制：队列和管道。
队列和管道都是将数据存放于内存中
队列又是基于（管道+锁）实现的，可让咱们从复杂的锁问题中解脱出来，
咱们应该尽可能避免使用共享数据，尽量使用消息传递和队列，避免处理复杂的同步和锁问题，并且在进程数目增多时，每每能够得到更好的可获展性。 

 

 

 

进程间通讯——队列（multiprocess.Queue）

进程间通讯

IPC(Inter-Process Communication)

队列 

概念介绍

建立共享的进程队列，Queue是多进程安全的队列，可使用Queue实现多进程之间的数据传递。

Queue([maxsize]) 
建立共享的进程队列。
参数 ：maxsize是队列中容许的最大项数。若是省略此参数，则无大小限制。
底层队列使用管道和锁定实现。

Queue([maxsize]) 
建立共享的进程队列。maxsize是队列中容许的最大项数。若是省略此参数，则无大小限制。底层队列使用管道和锁定实现。另外，还须要运行支持线程以便队列中的数据传输到底层管道中。 
Queue的实例q具备如下方法：

q.get( [ block [ ,timeout ] ] ) 
返回q中的一个项目。若是q为空，此方法将阻塞，直到队列中有项目可用为止。block用于控制阻塞行为，默认为True. 若是设置为False，将引起Queue.Empty异常（定义在Queue模块中）。timeout是可选超时时间，用在阻塞模式中。若是在制定的时间间隔内没有项目变为可用，将引起Queue.Empty异常。

q.get_nowait( ) 
同q.get(False)方法。

q.put(item [, block [,timeout ] ] ) 
将item放入队列。若是队列已满，此方法将阻塞至有空间可用为止。block控制阻塞行为，默认为True。若是设置为False，将引起Queue.Empty异常（定义在Queue库模块中）。timeout指定在阻塞模式中等待可用空间的时间长短。超时后将引起Queue.Full异常。

q.qsize() 
返回队列中目前项目的正确数量。此函数的结果并不可靠，由于在返回结果和在稍后程序中使用结果之间，队列中可能添加或删除了项目。在某些系统上，此方法可能引起NotImplementedError异常。


q.empty() 
若是调用此方法时 q为空，返回True。若是其余进程或线程正在往队列中添加项目，结果是不可靠的。也就是说，在返回和使用结果之间，队列中可能已经加入新的项目。

q.full() 
若是q已满，返回为True. 因为线程的存在，结果也多是不可靠的（参考q.empty（）方法）。。

方法介绍

经常使用方法

代码实例

'''
multiprocessing模块支持进程间通讯的两种主要形式:管道和队列
都是基于消息传递实现的,可是队列接口
'''

from multiprocessing import Queue
q=Queue(3)

#put ,get ,put_nowait,get_nowait,full,empty
q.put(3)
q.put(3)
q.put(3)
# q.put(3)   # 若是队列已经满了，程序就会停在这里，等待数据被别人取走，再将数据放入队列。
           # 若是队列中的数据一直不被取走，程序就会永远停在这里。
try:
    q.put_nowait(3) # 可使用put_nowait，若是队列满了不会阻塞，可是会由于队列满了而报错。
except: # 所以咱们能够用一个try语句来处理这个错误。这样程序不会一直阻塞下去，可是会丢掉这个消息。
    print('队列已经满了')

# 所以，咱们再放入数据以前，能够先看一下队列的状态，若是已经满了，就不继续put了。
print(q.full()) #满了

print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())
# print(q.get()) # 同put方法同样，若是队列已经空了，那么继续取就会出现阻塞。
try:
    q.get_nowait(3) # 可使用get_nowait，若是队列满了不会阻塞，可是会由于没取到值而报错。
except: # 所以咱们能够用一个try语句来处理这个错误。这样程序不会一直阻塞下去。
    print('队列已经空了')

print(q.empty()) #空了

单看队列用法

单看队列用法

上面这个例子尚未加入进程通讯，只是先来看看队列为咱们提供的方法，以及这些方法的使用和现象。

import time
from multiprocessing import Process, Queue

def f(q):
    q.put([time.asctime(), 'from Eva', 'hello'])  #调用主函数中p进程传递过来的进程参数 put函数为向队列中添加一条数据。

if __name__ == '__main__':
    q = Queue() #建立一个Queue对象
    p = Process(target=f, args=(q,)) #建立一个进程
    p.start()
    print(q.get())
    p.join()

子进程发送数据给父进程

子进程发数据给父进程

上面是一个queue的简单应用，使用队列q对象调用get函数来取得队列中最早进入的数据。 接下来看一个稍微复杂一些的例子：

import os
import time
import multiprocessing

# 向queue中输入数据的函数
def inputQ(queue):
    info = str(os.getpid()) + '(put):' + str(time.asctime())
    queue.put(info)

# 向queue中输出数据的函数
def outputQ(queue):
    info = queue.get()
    print ('%s%s\033[32m%s\033[0m'%(str(os.getpid()), '(get):',info))

# Main
if __name__ == '__main__':
    multiprocessing.freeze_support()
    record1 = []   # store input processes
    record2 = []   # store output processes
    queue = multiprocessing.Queue(3)

    # 输入进程
    for i in range(10):
        process = multiprocessing.Process(target=inputQ,args=(queue,))
        process.start()
        record1.append(process)

    # 输出进程
    for i in range(10):
        process = multiprocessing.Process(target=outputQ,args=(queue,))
        process.start()
        record2.append(process)

    for p in record1:
        p.join()

    for p in record2:
        p.join()

批量生产数据放入队列再批量获取结果

 

生产者消费者模型

在并发编程中使用生产者和消费者模式可以解决绝大多数并发问题。该模式经过平衡生产线程和消费线程的工做能力来提升程序的总体处理数据的速度。

为何要使用生产者和消费者模式？

在线程世界里，生产者就是生产数据的线程，消费者就是消费数据的线程。在多线程开发中，若是生产者处理渡很快，而消费者处理速度很慢，那么生产者就必要等待消费者处理完，才能继续生产数据。一样的道理，若是消费者的处理能力大于生产者，那么消费者就必须等待生产者生产数据。为了解决这个问题因而引入了生产者和消费者模式

什么是生产者消费者模式？

生产者消费者模式是经过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。生产者和消费者彼此之间不直接通信，而经过阻塞队列来进行通信，因此生产者生产完数据以后不用等待消费者处理，直接扔给阻塞队列，消费者不找生产者要数据，二十直接从阻塞队列里取，阻塞队列就至关于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。

 

基于队列实现生产者消费者模型

 

from multiprocessing import Process,Queue
import time,random,os
def consumer(q):
    while True:
        res=q.get()
        time.sleep(random.randint(1,3))
        print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

def producer(q):
    for i in range(10):
        time.sleep(random.randint(1,3))
        res='包子%s' %i
        q.put(res)
        print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

if __name__ == '__main__':
    q=Queue()
    #生产者们:即厨师们
    p1=Process(target=producer,args=(q,))

    #消费者们:即吃货们
    c1=Process(target=consumer,args=(q,))

    #开始
    p1.start()
    c1.start()
    print('主')

基于队列实现生产者消费者模型

基于队列实现生产者消费者模型

(例子应该加上 p1.join, c1.join)

此时的问题是主进程永远不会结束，缘由是：生产者p在生产完后就结束了，可是消费者c在取空了q以后，则一直处于死循环中且卡在q.get()这一步。

解决方式无非是让生产者在生产完毕后，往队列中再发一个结束信号，这样消费者在接收到结束信号后就能够break出死循环。

from multiprocessing import Process,Queue
import time,random,os
def consumer(q):
    while True:
        res=q.get()
        if res is None:break #收到结束信号则结束
        time.sleep(random.randint(1,3))
        print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

def producer(q):
    for i in range(10):
        time.sleep(random.randint(1,3))
        res='包子%s' %i
        q.put(res)
        print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))
    q.put(None) #发送结束信号
if __name__ == '__main__':
    q=Queue()
    #生产者们:即厨师们
    p1=Process(target=producer,args=(q,))

    #消费者们:即吃货们
    c1=Process(target=consumer,args=(q,))

    #开始
    p1.start()
    c1.start()
    print('主')

改良版——生产者消费者模型

改良版

注意：结束信号None，不必定要由生产者发，主进程里一样能够发，但主进程须要等生产者结束后才应该发送该信号

#有若是有多个生产者在生产的话，A生产者生产完了发送'None',B生产者还在生产中，消费者拿到了A生产者的'None'，就不会继续消费了

from multiprocessing import Process,Queue
import time,random,os
def consumer(q):
    while True:
        res=q.get()
        if res is None:break #收到结束信号则结束
        time.sleep(random.randint(1,3))
        print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

def producer(q):
    for i in range(2):
        time.sleep(random.randint(1,3))
        res='包子%s' %i
        q.put(res)
        print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

if __name__ == '__main__':
    q=Queue()
    #生产者们:即厨师们
    p1=Process(target=producer,args=(q,))

    #消费者们:即吃货们
    c1=Process(target=consumer,args=(q,))

    #开始
    p1.start()
    c1.start()

    p1.join()
    q.put(None) #发送结束信号    取决于有多少个消费者
    print('主')

多个消费者的例子：有几个消费者就须要发送几回结束信号

 

JoinableQueue([maxsize]) 
建立可链接的共享进程队列。这就像是一个Queue对象，但队列容许项目的使用者通知生产者项目已经被成功处理。通知进程是使用共享的信号和条件变量来实现的。 

JoinableQueue的实例p除了与Queue对象相同的方法以外，还具备如下方法：

q.task_done() 
使用者使用此方法发出信号，表示q.get()返回的项目已经被处理。若是调用此方法的次数大于从队列中删除的项目数量，将引起ValueError异常。

q.join() 
生产者将使用此方法进行阻塞，直到队列中全部项目均被处理。阻塞将持续到为队列中的每一个项目均调用q.task_done()方法为止。 
下面的例子说明如何创建永远运行的进程，使用和处理队列上的项目。生产者将项目放入队列，并等待它们被处理。

方法介绍

from multiprocessing import Process,JoinableQueue
import time,random,os
def consumer(q):
    while True:
        res=q.get()
        time.sleep(random.randint(1,3))
        print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))
        q.task_done() #向q.join()发送一次信号,证实一个数据已经被取走了

def producer(name,q):
    for i in range(10):
        time.sleep(random.randint(1,3))
        res='%s%s' %(name,i)
        q.put(res)
        print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))
    q.join() #生产完毕，使用此方法进行阻塞，直到队列中全部项目均被处理。


if __name__ == '__main__':
    q=JoinableQueue()
    #生产者们:即厨师们
    p1=Process(target=producer,args=('包子',q))
    p2=Process(target=producer,args=('骨头',q))
    p3=Process(target=producer,args=('泔水',q))

    #消费者们:即吃货们
    c1=Process(target=consumer,args=(q,))
    c2=Process(target=consumer,args=(q,))
    c1.daemon=True
    c2.daemon=True

    #开始
    p_l=[p1,p2,p3,c1,c2]
    for p in p_l:
        p.start()

    p1.join()
    p2.join()
    p3.join()
    print('主') 
    
    #主进程等--->p1,p2,p3等---->c1,c2
    #p1,p2,p3结束了,证实c1,c2确定全都收完了p1,p2,p3发到队列的数据
    #于是c1,c2也没有存在的价值了,不须要继续阻塞在进程中影响主进程了。应该随着主进程的结束而结束,因此设置成守护进程就能够了。

JoinableQueue队列实现消费之生产者模型

JoinableQueue队列实现消费之生产者模型

 

 

进程池和multiprocess.Pool模块