以前咱们已经了解了操做系统中进程的概念,程序并不能单独运行,只有将程序装载到内存中,系统为它分配资源才能运行,而这种执行的程序就称之为进程。程序和进程的区别就在于:程序是指令的集合,它是进程运行的静态描述文本;进程是程序的一次执行活动,属于动态概念。在多道编程中,咱们容许多个程序同时加载到内存中,在操做系统的调度下,能够实现并发地执行。这是这样的设计,大大提升了CPU的利用率。进程的出现让每一个用户感受到本身独享CPU,所以,进程就是为了在CPU上实现多道编程而提出的。html
IPC(Inter-Process Communication)python
队列是先进先出git
必须put放进东西后 才能get来取值github
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。 数据库
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)。。
队列中的进程的内容是共享的 由于不一样的进程的数据是隔离的 咱们能够用队列 让他们之间的数据进行共享编程
在进程中使用队列能够完成双向通讯json
from multiprocessing import Process ,Queue q = Queue(10) try: q.get_nowwait() # 若是你用 nowwait的话你的获取嗯u过没有就不会阻塞就会报错 except: print('queue.Empty') q.get() for i in range(10): q.get(i) print(q.qsize(10))
from multiprocessing import Process ,Queue q = Queue(10) # 建立一个能够存放10个值的队列 # try: # q.get_nowwait() # except: # print('queue.Empty') # # q.get() for i in range(10): q.put(i) print(q.qsize()) # 获取你的队列能够存放的最大值 print(q.full()) # 断定是否是满了 返回的值布尔值 # q.put(111) # 给这个队列放进值 # print(q.grt()) print('*'*10) print(q.empty()) # 断定队列是否是为空 返回的也是布尔值
生产者消费者模型
解决数据供需不平衡的状况
队列是进程安全的 内置了锁来保证队列中的每个数据都不会被多个进程重复取
import time import random from multiprocessing import Process,Queue 生产者消费者模型 解决数据供需不平衡的状况 队列是进程安全的 内置了锁来保证队列中的每个数据都不会被多个进程重复取 def consumer(q,name): while True: food = q.get() if food == 'done':break time.sleep(random.random()) print('%s吃了%s'%(name,food)) def producer(q,name,food): for i in range(10): time.sleep(random.random()) print('%s生产了%s%s'%(name,food,i)) q.put('%s%s'%(food,i)) if __name__ == '__main__': q = Queue() p1 = Process(target=producer,args=[q,'Egon','泔水']) p2 = Process(target=producer,args=[q,'Yuan','骨头鱼刺']) p1.start() p2.start() Process(target=consumer,args=[q,'alex']).start() Process(target=consumer,args=[q,'wusir']).start() p1.join() p2.join() q.put('done') q.put('done')
import time import random from multiprocessing import Process,JoinableQueue def consumer(q,name): while True: food = q.get() time.sleep(random.random()) print('%s吃了%s'%(name,food)) q.task_done() def producer(q,name,food): for i in range(10): time.sleep(random.random()) print('%s生产了%s%s'%(name,food,i)) q.put('%s%s'%(food,i)) q.join() # 等到全部的数据都被taskdone才结束 if __name__ == '__main__': q = JoinableQueue() p1 = Process(target=producer,args=[q,'Egon','泔水']) p2 = Process(target=producer,args=[q,'Yuan','骨头鱼刺']) p1.start() p2.start() c1 = Process(target=consumer,args=[q,'alex']) c2 = Process(target=consumer,args=[q,'wusir']) c1.daemon = True c2.daemon = True c1.start() c2.start() p1.join() p2.join() # producer # put # 生产彻底部的数据就没有其余工做了 # 在生产数据方 : 容许执行q.join # join会发起一个阻塞,直到全部当前队列中的数据都被消费 # consumer # get 获取到数据 # 处理数据 # q.task_done() 告诉q,刚刚从q获取的数据已经处理完了 # consumer每完成一个任务就会给q发送一个taskdone # producer在全部的数据都生产完以后会执行q.join() # producer会等待consumer消费完数据才结束 # 主进程中对producer进程进行join # 主进程中的代码会等待producer执行完才结束 # producer结束就意味着主进程代码的结束 # consumer做为守护进程结束 # consumer中queue中的全部数据被消费 # producer join结束 # 主进程的代码结束 # consumer结束 # 主进程结束
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)。
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。 数组
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。
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。
管道是双向通讯,数据进程不安全,队列是管道加锁来实现的安全
#建立管道的类: Pipe([duplex]):在进程之间建立一条管道,并返回元组(conn1,conn2),其中conn1,conn2表示管道两端的链接对象,强调一点:必须在产生Process对象以前产生管道 #参数介绍: dumplex:默认管道是全双工的,若是将duplex射成False,conn1只能用于接收,conn2只能用于发送。 #主要方法: conn1.recv():接收conn2.send(obj)发送的对象。若是没有消息可接收,recv方法会一直阻塞。若是链接的另一端已经关闭,那么recv方法会抛出EOFError。 conn1.send(obj):经过链接发送对象。obj是与序列化兼容的任意对象 #其余方法: conn1.close():关闭链接。若是conn1被垃圾回收,将自动调用此方法 conn1.fileno():返回链接使用的整数文件描述符 conn1.poll([timeout]):若是链接上的数据可用,返回True。timeout指定等待的最长时限。若是省略此参数,方法将当即返回结果。若是将timeout射成None,操做将无限期地等待数据到达。 conn1.recv_bytes([maxlength]):接收c.send_bytes()方法发送的一条完整的字节消息。maxlength指定要接收的最大字节数。若是进入的消息,超过了这个最大值,将引起IOError异常,而且在链接上没法进行进一步读取。若是链接的另一端已经关闭,不再存在任何数据,将引起EOFError异常。 conn.send_bytes(buffer [, offset [, size]]):经过链接发送字节数据缓冲区,buffer是支持缓冲区接口的任意对象,offset是缓冲区中的字节偏移量,而size是要发送字节数。结果数据以单条消息的形式发出,而后调用c.recv_bytes()函数进行接收 conn1.recv_bytes_into(buffer [, offset]):接收一条完整的字节消息,并把它保存在buffer对象中,该对象支持可写入的缓冲区接口(即bytearray对象或相似的对象)。offset指定缓冲区中放置消息处的字节位移。返回值是收到的字节数。若是消息长度大于可用的缓冲区空间,将引起BufferTooShort异常。
from multiprocessing import Process, Pipe def f(conn): conn.send("Hello The_Third_Wave") conn.close() if __name__ == '__main__': parent_conn, child_conn = Pipe() p = Process(target=f, args=(child_conn,)) p.start() print(parent_conn.recv()) p.join()
应该特别注意管道端点的正确管理问题。若是是生产者或消费者中都没有使用管道的某个端点,就应将它关闭。这也说明了为什么在生产者中关闭了管道的输出端,在消费者中关闭管道的输入端。若是忘记执行这些步骤,程序可能在消费者中的recv()操做上挂起。管道是由操做系统进行引用计数的,必须在全部进程中关闭管道后才能生成EOFError异常。所以,在生产者中关闭管道不会有任何效果,除非消费者也关闭了相同的管道端点。 服务器
# 管道 # from multiprocessing import Pipe # left,right = Pipe() # left.send('1234') # print(right.recv()) # left.send('1234') # print(right.recv()) 管道的信息发送接收信息是不须要进行编码转码的 from multiprocessing import Process, Pipe def f(parent_conn,child_conn): parent_conn.close() #不写close将不会引起EOFError while True: try: print(child_conn.recv()) except EOFError: child_conn.close() break if __name__ == '__main__': parent_conn, child_conn = Pipe() p = Process(target=f, args=(parent_conn,child_conn,)) p.start() child_conn.close() parent_conn.send('hello') parent_conn.send('hello') parent_conn.send('hello') parent_conn.close() p.join()
展望将来,基于消息传递的并发编程是大势所趋
即使是使用线程,推荐作法也是将程序设计为大量独立的线程集合,经过消息队列交换数据。
这样极大地减小了对使用锁定和其余同步手段的需求,还能够扩展到分布式系统中。
但进程间应该尽可能避免通讯,即使须要通讯,也应该选择进程安全的工具来避免加锁带来的问题。
之后咱们会尝试使用数据库来解决如今进程之间的数据共享问题。
进程间数据是独立的,能够借助于队列或管道实现通讯,两者都是基于消息传递的 虽然进程间数据独立,但能够经过Manager实现数据共享,事实上Manager的功能远不止于此 A manager object returned by Manager() controls a server process which holds Python objects and allows other processes to manipulate them using proxies. A manager returned by Manager() will support types list, dict, Namespace, Lock, RLock, Semaphore, BoundedSemaphore, Condition, Event, Barrier, Queue, Value and Array.
from multiprocessing import Manager,Process,Lock def work(d,lock): with lock: #不加锁而操做共享的数据,确定会出现数据错乱 d['count']-=1 if __name__ == '__main__': lock=Lock() with Manager() as m: dic=m.dict({'count':100}) p_l=[] for i in range(100): p=Process(target=work,args=(dic,lock)) p_l.append(p) p.start() for p in p_l: p.join() print(dic)
from multiprocessing import Manager,Process,Lock def func(dic,lock): # lock.acquire() # dic['count'] = dic['count']-1 # lock.release() with lock: # 上下文管理 :必须有一个开始动做 和 一个结束动做的时候 dic['count'] = dic['count'] - 1 if __name__ == '__main__': m = Manager() lock = Lock() dic = m.dict({'count':100}) p_lst = [] for i in range(100): p = Process(target=func,args=[dic,lock]) p_lst.append(p) p.start() for p in p_lst:p.join() print(dic) # 同一台机器上 : Queue # 在不一样台机器上 :消息中间件
为何要有进程池?进程池的概念。
在程序实际处理问题过程当中,忙时会有成千上万的任务须要被执行,闲时可能只有零星任务。那么在成千上万个任务须要被执行的时候,咱们就须要去建立成千上万个进程么?首先,建立进程须要消耗时间,销毁进程也须要消耗时间。第二即使开启了成千上万的进程,操做系统也不能让他们同时执行,这样反而会影响程序的效率。所以咱们不能无限制的根据任务开启或者结束进程。那么咱们要怎么作呢?
在这里,要给你们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,等处处理完毕,进程并不关闭,而是将进程再放回进程池中继续等待任务。若是有不少任务须要执行,池中的进程数量不够,任务就要等待以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。这样不会增长操做系统的调度难度,还节省了开闭进程的时间,也必定程度上可以实现并发效果。
Pool([numprocess [,initializer [, initargs]]]):建立进程池
1 numprocess:要建立的进程数,若是省略,将默认使用cpu_count()的值 2 initializer:是每一个工做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
1 p.apply(func [, args [, kwargs]]):在一个池工做进程中执行func(*args,**kwargs),而后返回结果。 2 '''须要强调的是:此操做并不会在全部池工做进程中并执行func函数。若是要经过不一样参数并发地执行func函数,必须从不一样线程调用p.apply()函数或者使用p.apply_async()''' 3 4 p.apply_async(func [, args [, kwargs]]):在一个池工做进程中执行func(*args,**kwargs),而后返回结果。 5 '''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做,不然将接收其余异步操做中的结果。''' 6 7 p.close():关闭进程池,防止进一步操做。若是全部操做持续挂起,它们将在工做进程终止前完成 8 9 P.jion():等待全部工做进程退出。此方法只能在close()或teminate()以后调用
1 方法apply_async()和map_async()的返回值是AsyncResul的实例obj。实例具备如下方法 2 obj.get():返回结果,若是有必要则等待结果到达。timeout是可选的。若是在指定时间内尚未到达,将引起一场。若是远程操做中引起了异常,它将在调用此方法时再次被引起。 3 obj.ready():若是调用完成,返回True 4 obj.successful():若是调用完成且没有引起异常,返回True,若是在结果就绪以前调用此方法,引起异常 5 obj.wait([timeout]):等待结果变为可用。 6 obj.terminate():当即终止全部工做进程,同时不执行任何清理或结束任何挂起工做。若是p被垃圾回收,将自动调用此函数
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) #进程池中从无到有建立三个进程,之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执行的过程当中可能有阻塞也可能没有阻塞 # 但无论该任务是否存在阻塞,同步调用都会在原地等着 print(res_l)
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) #进程池中从无到有建立三个进程,之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 # 返回结果以后,将结果放入列表,归还进程,以后再执行新的任务 # 须要注意的是,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:若是使用异步提交的任务,主进程须要使用jion,等待进程池内任务都处理完,而后能够用get收集结果 # 不然,主进程结束,进程池可能还没来得及执行,也就跟着一块儿结束了 p.close() p.join() for res in res_l: print(res.get()) #使用get来获取apply_aync的结果,若是是apply,则没有get方法,由于apply是同步执行,马上获取结果,也根本无需get
import time import random from multiprocessing import Pool def func(i): print('func%s' % i) time.sleep(random.randint(1,3)) return i**2 if __name__ == '__main__': p = Pool(5) ret_l = [] for i in range(15): # p.apply(func=func,args=(i,)) # 同步调用 ret = p.apply_async(func=func,args=(i,))# 异步调用 ret_l.append(ret) for ret in ret_l : print(ret.get()) # 主进程和全部的子进程异步了
须要回调函数的场景:进程池中任何一个任务一旦处理完了,就当即告知主进程:我好了额,你能够处理个人结果了。主进程则调用一个函数去处理该结果,该函数即回调函数
咱们能够把耗时间(阻塞)的任务放到进程池中,而后指定回调函数(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。
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,其实彻底不必拿该结果,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...',...}] '''
import os from urllib.request import urlopen from multiprocessing import Pool def get_url(url): print('-->',url,os.getpid()) ret = urlopen(url) content = ret.read() return url def call(url): # 分析 print(url,os.getpid()) if __name__ == '__main__': print(os.getpid()) l = [ 'http://www.baidu.com', # 5 'http://www.sina.com', 'http://www.sohu.com', 'http://www.sogou.com', 'http://www.qq.com', 'http://www.bilibili.com', #0.1 ] p = Pool(5) # count(cpu)+1 ret_l = [] for url in l: ret = p.apply_async(func = get_url,args=[url,],callback=call) ret_l.append(ret) for ret in ret_l : ret.get() # 回调函数 # 在进程池中,起了一个任务,这个任务对应的函数在执行完毕以后 # 的返回值会自动做为参数返回给回调函数 # 回调函数就根据返回值再进行相应的处理 # 回调函数 是在主进程执行的