Python - 进程、线程与协程

Python - 高级教程 - 进程、线程与协程

进程与线程

在操做系统中，每个独立运行的程序，都占有 操做系统 分配的资源，这些程序中间互不干涉，都只负责运行本身的程序代码，这就是进程。

可是当操做系统频繁的建立销毁进程时，大量的系统资源被浪费在建立和销毁的过程当中。而随着多核心cpu 的出现，线程也逐渐代替了进程，成为了操做系统 能够独立运行的基本单位。

当进程不是多线程程序时，存在于进程当中的惟一线程，即是进程自己运行的代码块。

而当多线程出如今一个进程中时，则多个线程之间共享此进程的资源，并接受操做系统的调度来运行每一个线程。

状态

协程

为了了解协程的概念，咱们先来了解一下并发和并行。

并行

并行比较好理解，即有多个程序在同时执行，这里的程序指的是操做系统的线程。

每一个 cpu 核心，只能在同一个时刻运行一组指令，意味着同一时刻，一个核心上只有一个线程在执行。

当 cpu 有四个核心时，他只能够执行4个线程。

并发

想要了解并发，就须要知道和。

同步阻塞

当程序中的一个 I/O 操做，会占据比较长的时间，这时候，程序没有被挂起，且一直在等待网络数据传输，没法进行其余操做，这时候就是同步阻塞。

同步的一个概念就是，网络传输完成后也没法告知主程序操做完成，这就致使了主程序：

• 要么只能进行等待 I/O 完成
• 要么轮询去查看是否传输是否已经完成

固然，轮询时候能够进行其余的操做，这时候，就是非阻塞的状态，即 同步非阻塞。

同步非阻塞

非阻塞的概念即主程序能够进行其余的操做。

异步阻塞

有同步，就有异步。

而异步阻塞与同步阻塞相同，主程序啥也不干，就等着 I/O 操做完成。

异步非阻塞

异步非阻塞状态，即是并发的关键。

当主程序使用异步 I/O 操做时，并不会影响主程序后续的运行，而当异步 I/O 操做完成后，会主动通知主程序进行其余操做，这样就减小了轮询过程当中的资源消耗，专一于其余工做。

并发

而并发就是 异步非阻塞 状态下的一种形式，当程序执行操做 a 时，使 a 的 I/O 异步操做，这时程序去执行操做 b, 在外部看来，a 和 b 时同时被执行的，然而他们只运行在在一个线程当中。

与线程、进程不一样的是，协程并非操做系统物理层面存在的一种程序。

协程是程序级别的，由程序编写者本身操控整个协程的生命周期。这样就实现了相似操做系统操做多线程同样的效果，可是省下了现成的切换中形成的资源消耗。

而经过程序来操纵协程，就形成了cpu 一直在运行，而且是多个协程一直在运行的假象，也就变成了并发。

实例

下面咱们经过几个实例来讲明，在 python 中的进程、线程和协程的关系。

进程实例

在 python 中咱们如何编写多进程的程序呢？

答案是使用模块 multiprocessing 进行实现。

import time
from multiprocessing import Process

class Test(Process):
    def __init__(self):
        super().__init__()
    
    def run(self):
        while True:
            print("process b is run")
            time.sleep(1)

复制代码

经过继承multiprocessing 的 Process，实现进程类，而后实现 run 方法，便可在此方法中实现进程要运行的内容。

from process_b import Test
import time

if __name__ == "__main__":
    t = Test()
    t.start()
    while True:
        print("process a run")
        time.sleep(1)


复制代码

调用方法也很是简单，直接使用 Test 实例化对象，而后调用对象的成员函数start() 便可。

python3 process_a.py
process a run
process b is run
process b is run
process a run
process a run
process b is run
process b is run
process a run
复制代码

线程实例

Cpython 中因为存在 GIL，因此多线程在实际应用中也会变为单核cpu 上的线程，排队运行。

import threading
import time

class ThreadTest (threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        super().__init__()
        self.name = name

    def run(self):
        while True:
            print(f"i am in thread {self.name}")
            time.sleep(1)


if __name__ == "__main__":
    threads = []
    for i in range(4):
        t = ThreadTest(i)
        threads.append(t)
    
    for t in threads:
        t.start()
    
    for t in threads:
        t.join()
复制代码

经过继承 threading.Thread 来实现线程类，而后经过实例化，生成对象，调用对象的 start() 便可启动线程。

运行结果

python3 thread_a.py
i am in thread 0
i am in thread 1
i am in thread 2
i am in thread 3
i am in thread 1
i am in thread 3
i am in thread 0
i am in thread 2
i am in thread 1
i am in thread 3
i am in thread 0
i am in thread 2
i am in thread 1
复制代码

协程

python3 将 asyncio 加入到了标准库。

import asyncio
import time


async def test(num):
    await asyncio.sleep(num)
    print(num)


async def run():
    tasks = [asyncio.create_task(test(num)) for num in range(4)]
    [await t for t in tasks]


def run_main():
    asyncio.run(run())


if __name__ == "__main__":
    run_main()
复制代码

运行结果

import asyncio
import time


async def test(num):
    await asyncio.sleep(num)
    print(num)


async def run():
    tasks = [asyncio.create_task(test(num)) for num in range(4)]
    [await t for t in tasks]


def run_main():
    asyncio.run(run())


if __name__ == "__main__":
    run_main()
复制代码

总结

以上就是本节的全部内容，主要简单地讲解了关于 进程、线程和协程 的概念和例子。