Python的進(jìn)程,線(xiàn)程和協(xié)程實(shí)例詳解
相關(guān)介紹
Python是一種跨平臺(tái)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。是一個(gè)高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言。最初被設(shè)計(jì)用于編寫(xiě)自動(dòng)化腳本(shell),隨著版本的不斷更新和語(yǔ)言新功能的添加,越多被用于獨(dú)立的、大型項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。

例如

實(shí)驗(yàn)環(huán)境
- Python 3.x (面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言)
- Multiprocessing(Python庫(kù))
- Threading(Python庫(kù))
- Asyncio(Python庫(kù))
- Time(Python庫(kù))
- Random(Python庫(kù))
進(jìn)程
進(jìn)程:程序運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的一個(gè)實(shí)例,就稱(chēng)之為進(jìn)程。進(jìn)程需要相應(yīng)的系統(tǒng)資源:內(nèi)存、時(shí)間片、pid(進(jìn)程號(hào))。 一個(gè)運(yùn)行的程序(代碼)就是一個(gè)進(jìn)程,沒(méi)有運(yùn)行的代碼叫程序,進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的最小單位,進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間,所以進(jìn)程間數(shù)據(jù)不共享,開(kāi)銷(xiāo)大。

創(chuàng)建進(jìn)程步驟:
1.首先要導(dǎo)入 multiprocessing 中的 Process;
2.創(chuàng)建一個(gè) Process 對(duì)象;
3.創(chuàng)建 Process 對(duì)象時(shí),可以傳遞參數(shù);
4.使用 start()啟動(dòng)進(jìn)程;
5.結(jié)束進(jìn)程。
import os
from multiprocessing import Process
import time
def pro_func(name,age,**kwargs):
print("進(jìn)程正在運(yùn)行,name=%s, age=%d, pid=%d" %(name, age, os.getpid()))
print('kwargs參數(shù)值',kwargs)
time.sleep(0.1)
if __name__=="__main__":
p=Process(target=pro_func,args=('Friendship',18),kwargs={'愛(ài)好':'Python'})
print('啟動(dòng)進(jìn)程')
p.start()
print('程是否還在活著:',p.is_alive())# 判斷進(jìn)程進(jìn)程是否還在活著
time.sleep(0.5)
# 1 秒鐘之后,立刻結(jié)束進(jìn)程
print('結(jié)束進(jìn)程')
p.terminate() # 不管任務(wù)是否完成,立即終止進(jìn)程
p.join() # 等待子進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束
print('程是否還在活著:',p.is_alive())# 判斷進(jìn)程進(jìn)程是否還在活著

注意:進(jìn)程間不共享全局變量。
多進(jìn)程
以一個(gè)讀寫(xiě)程序?yàn)槔琺ain函數(shù)為一個(gè)主進(jìn)程,write函數(shù)為一個(gè)子進(jìn)程,read函數(shù)為另一個(gè)子進(jìn)程,然后兩個(gè)子進(jìn)程進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
import os
import time
import random
from multiprocessing import Process,Queue
# 寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)
def write(q):
for value in ['I','love','Python']:
print('在隊(duì)列里寫(xiě)入 %s ' % value)
q.put(value)
time.sleep(random.random())
# 讀數(shù)據(jù)函數(shù)
def read(q):
while True:
if not q.empty():
value = q.get(True)
print('從隊(duì)列中讀取 %s ' % value)
time.sleep(random.random())
else:
break
if __name__=="__main__": # 主進(jìn)程
# 主進(jìn)程創(chuàng)建 Queue,并傳給各個(gè)子進(jìn)程
q=Queue()
# 創(chuàng)建兩個(gè)進(jìn)程
pw=Process(target=write,args=(q,))
pr=Process(target=read,args=(q,))
# 啟動(dòng)子進(jìn)程 pw
pw.start()
# 等待 pw結(jié)束
pw.join()
# 啟動(dòng)子進(jìn)程 pr
pr.start()
# 等待 pw結(jié)束
pr.join()
print('End!')

用進(jìn)程池對(duì)多進(jìn)程進(jìn)行操作
from multiprocessing import Manager,Pool
import os,time,random
def read(q):
print("read進(jìn)程 啟動(dòng)(%s),主進(jìn)程為(%s)" % (os.getpid(), os.getppid()))
for i in range(q.qsize()):
print("read進(jìn)程 從 Queue 獲取到消息:%s" % q.get(True))
def write(q):
print("write進(jìn)程 啟動(dòng)(%s),主進(jìn)程為(%s)" % (os.getpid(), os.getppid()))
for i in "Python":
q.put(i)
if __name__=="__main__":
print("主進(jìn)程(%s) start" % os.getpid())
q = Manager().Queue() # 使用 Manager 中的 Queue
# 定義一個(gè)進(jìn)程池
po = Pool()
# Pool().apply_async(要調(diào)用的目標(biāo),(傳遞給目標(biāo)的參數(shù)元祖,))
po.apply_async(write, (q,))
time.sleep(1) # 先讓上面的任務(wù)向 Queue 存入數(shù)據(jù),然后再讓下面的任務(wù)開(kāi)始從中取數(shù)據(jù)
po.apply_async(read, (q,))
po.close() # 關(guān)閉進(jìn)程池,關(guān)閉后 po 不再接收新的請(qǐng)求
po.join() # 等待 po 中所有子進(jìn)程執(zhí)行完成,必須放在 close 語(yǔ)句之后
print("(%s) End!" % os.getpid())

線(xiàn)程
線(xiàn)程:調(diào)度執(zhí)行的最小單位,也叫執(zhí)行路徑,不能獨(dú)立存在,依賴(lài)進(jìn)程存在一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線(xiàn)程,叫主線(xiàn)程,而多個(gè)線(xiàn)程共享內(nèi)存(數(shù)據(jù)共享,共享全局變量),從而極大地提高了程序的運(yùn)行效率。


上圖,紅框表示進(jìn)程號(hào)(PID)為1624的進(jìn)程,有118個(gè)線(xiàn)程。
使用_thread模塊實(shí)現(xiàn)
import _thread
import time
import random
# 為線(xiàn)程定義一個(gè)函數(shù)
def print_time(threadName):
count = 0
while count < 5:
time.sleep(random.random())
count += 1
print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
# 創(chuàng)建兩個(gè)線(xiàn)程
try:
_thread.start_new_thread(print_time, ("Thread-1",))
_thread.start_new_thread(print_time, ("Thread-2",))
except:
print ("Error: 無(wú)法啟動(dòng)線(xiàn)程")
while True:
pass

使用 threading 模塊實(shí)現(xiàn)
# 使用 threading 模塊創(chuàng)建線(xiàn)程
import threading
import time
import random
class myThread(threading.Thread):
def __init__(self, threadID, name):
threading.Thread.__init__(self)
self.threadID = threadID
self.name = name
self.delay = random.random()
def run(self):
print ("開(kāi)始線(xiàn)程:" + self.name)
print_time(self.name, 5)
print ("退出線(xiàn)程:" + self.name)
def print_time(threadName, count):
while count:
time.sleep(random.random())
print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
count -= 1
# 創(chuàng)建兩個(gè)線(xiàn)程
thread1 = myThread(1, "Thread-1")
thread2 = myThread(2, "Thread-2")
# 開(kāi)啟新線(xiàn)程
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print ("退出主線(xiàn)程")

協(xié)程
- 協(xié)程:是一種用戶(hù)態(tài)的輕量級(jí)線(xiàn)程,協(xié)程的調(diào)度完全由用戶(hù)控制。協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧。 協(xié)程調(diào)度切換時(shí),將寄存器上下文和棧保存到其他地方,在切回來(lái)的時(shí)候,恢復(fù)先前保存的寄存器上下文和棧,直接操作棧則基本沒(méi)有內(nèi)核切換的開(kāi)銷(xiāo),可以不加鎖的訪(fǎng)問(wèn)全局變量,所以上下文的切換非??臁?/li>
- 當(dāng)出現(xiàn)IO阻塞的時(shí)候,由協(xié)程的調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度,通過(guò)將數(shù)據(jù)流立刻yield掉(主動(dòng)讓出),并且記錄當(dāng)前棧上的數(shù)據(jù),阻塞完后立刻再通過(guò)線(xiàn)程恢復(fù)棧,并把阻塞的結(jié)果放到這個(gè)線(xiàn)程上去跑,這樣看上去好像跟寫(xiě)同步代碼沒(méi)有任何差別,這整個(gè)流程可以稱(chēng)為coroutine。
- 由于協(xié)程的暫停完全由程序控制,發(fā)生在用戶(hù)態(tài)上;而線(xiàn)程的阻塞狀態(tài)是由操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)進(jìn)行切換,發(fā)生在內(nèi)核態(tài)上。因此,協(xié)程的開(kāi)銷(xiāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線(xiàn)程的開(kāi)銷(xiāo)。
使用asyncio模塊實(shí)現(xiàn)
import asyncio
import time
import random
async def work(msg):
print("收到的信息:'{}'".format(msg))
print("{}1{}".format("*"*10,"*"*10)) # 為了方便,展示結(jié)果
await asyncio.sleep(random.random())
print("{}2{}".format("*"*10,"*"*10)) # 為了方便,展示結(jié)果
print(msg)
async def main():
# 創(chuàng)建兩個(gè)任務(wù)對(duì)象(協(xié)程),并加入到事件循環(huán)中
Coroutines1 = asyncio.create_task(work("hello"))
Coroutines2 = asyncio.create_task(work("Python"))
print("開(kāi)始時(shí)間: {}".format(time.asctime(time.localtime(time.time()))))
await Coroutines1 # 此時(shí)并發(fā)運(yùn)行Coroutines1和Coroutines2
print("{}3{}".format("*"*10,"*"*10)) # 為了方便,展示結(jié)果
await Coroutines2 # await相當(dāng)于掛起當(dāng)前任務(wù),去執(zhí)行其他任務(wù),此時(shí)是堵塞的
print("{}4{}".format("*"*10,"*"*10)) # 為了方便,展示結(jié)果
print("結(jié)束時(shí)間:{}".format(time.asctime(time.localtime(time.time()))))
asyncio.run(main())# asyncio.run(main())創(chuàng)建一個(gè)事件循環(huán),并以main為主要程序入口

總結(jié)
- 進(jìn)程:一個(gè)運(yùn)行的程序(代碼)就是一個(gè)進(jìn)程,沒(méi)有運(yùn)行的代碼叫程序,進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的最小單位,進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間,所以進(jìn)程間數(shù)據(jù)不共享,開(kāi)銷(xiāo)大。
- 線(xiàn)程: 調(diào)度執(zhí)行的最小單位,也叫執(zhí)行路徑,不能獨(dú)立存在,依賴(lài)進(jìn)程存在一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線(xiàn)程,叫主線(xiàn)程,而多個(gè)線(xiàn)程共享內(nèi)存(數(shù)據(jù)共享,共享全局變量),從而極大地提高了程序的運(yùn)行效率。
- 協(xié)程:是一種用戶(hù)態(tài)的輕量級(jí)線(xiàn)程,協(xié)程的調(diào)度完全由用戶(hù)控制。協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧。 協(xié)程調(diào)度切換時(shí),將寄存器上下文和棧保存到其他地方,在切回來(lái)的時(shí)候,恢復(fù)先前保存的寄存器上下文和棧,直接操作棧則基本沒(méi)有內(nèi)核切換的開(kāi)銷(xiāo),可以不加鎖的訪(fǎng)問(wèn)全局變量,所以上下文的切換非??臁?/li>
本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來(lái)幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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