并发编程一

一、背景知识

　　顾名思义，进程即正在执行的一个过程。进程是对正在运行程序的一个抽象。进程的概念起源于操作系统，是操作系统最核心的概念，也是操作系统提供的最古老也是最重要的抽象概念之一。操作系统的其他所有内容都是围绕进程的概念展开的。

　　PS：即使可以利用的cpu只有一个（早期的计算机确实如此），也能保证支持（伪）并发的能力。将一个单独的cpu变成多个虚拟的cpu（多道技术：时间多路复用和空间多路复用+硬件上支持隔离）

#一 操作系统的作用：
    1：封装了对硬件的操作过程，给应用提供好用的接口
    2：对多个作业进行调度管理
　　进程 运行当中的程序叫做进程

#二 多道技术：
    1.产生背景：针对单核，实现并发
    ps：
    现在的主机一般是多核，那么每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结束再重新调度，会被调度到4个
    cpu中的任意一个，具体由操作系统调度算法决定。
    
    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，核心在于切之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
#三 进程调度算法
　　1、先来先服务
　　2、短作业优先算法
　　3、时间片轮转算法
　　4、多级反馈算法
#四 并行和并发的区别
　　1、2核2个人在同时跑
　　2、在一个精确的时间片刻，有不同的程序在执行
　　3、并发 在同一个时间段是同时执行，程序交替轮流使用资源

二、多进程的概念

进程只有三个状态、就绪、运行、阻塞

1、进程：正在进行的一个过程或者说一个任务。而负责执行任务则是cpu。进程有如下三个状态：

当一个程序开始运行的时候，准备就绪，完后等待o/i操作，遇到阻塞，这是开始另一个程序开始执行

2、进程与程序的区别：程序仅仅只是一堆代码而已，而进程指的是程序的运行过程。

　注意：同一个程序执行两次，那也是两个进程，例如快播同时打开两个一个看视频一个做爱做的事虽然是同一软件但是执行的是不同的操作，据说快播ceo2月底就出来了，我还欠他一个会员（年费那种）

举例（单核+多道，实现多个进程的并发执行）：
    ebola需要做三件事 洗衣服、做饭、遛狗 但是同时时间只能做一件事、就需要Ebola 先洗一会衣服，再做回饭，再遛狗

3、并发与并行：

　　并发：针对只有一个cpu执行多个进程的情况。是伪并行，即看起来是同时运行。单个cpu+多道技术就可以实现并发。

举例：
   Ebola 需要同时洗衣服 遛狗 做饭 但是必须触发执行这一任务，就需要三件事情轮流交替做

　　并行：针对多个cpu执行多个进程的情况，并行也属于并发。

举例：
    有四个核，六个任务，这样同一时间有四个任务被执行，假设分别被分配给了cpu1，cpu2，cpu3，cpu4，一旦任务1遇到I/O就被迫中断执行，此时任务5就拿到cpu1的时间片去执行，这就是单核下的多道技术 而一旦任务1的I/O结束了，操作系统会重新调用它(需知进程的调度、分配给哪个cpu运行，由操作系统说了算)，可能被分配给四个cpu中的任意一个去执行。

三、多进程实现

1、multiprocessing模块介绍

　　Python提供了multiprocessing。multiprocessing模块用来开启子进程，并在子进程中执行我们定制的任务（比如函数），该模块与多线程模块threading的编程接口类似。 multiprocessing模块的功能众多：支持子进程、通信和共享数据、执行不同形式的同步，提供了Process、Queue、Pipe、Lock等组件。需要再次强调的一点是：与线程不同，进程没有任何共享状态，进程修改的数据，改动仅限于该进程内。

2、Process类介绍：为创建进程的类

主要方法：

#p为子进程

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，我们自定义类的类中一定要实现该方法  
p.terminate():强制终止进程p，不会进行任何清理操作，如果p创建了子进程，该子进程就成了僵尸进程，使用该方法需要特别小心这种情况。如果p还保存了一个锁那么也将不会被释放，进而导致死锁
p.is_alive():如果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，需要强调的是，p.join只能join住start开启的进程，而不能join住run开启的进程

主要属性：

#p为子进程
p.daemon：默认值为False，如果设为True，代表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，并且设定为True后，p不能创建自己的新进程，必须在p.start()之前设置
p.name:进程的名称
p.pid：进程的pid
p.exitcode:进程在运行时为None、如果为–N，表示被信号N结束(了解即可)
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连接的底层进程间通信提供安全性，这类连接只有在具有相同的身份验证键时才能成功（了解即可）

3、创建并开启子进程

　　方式一：

from multiprocessing import Process
import time
def work(name):
    print('%s is piaoing' %name)
    time.sleep(5)
    print('%s piao end' %name)
if __name__=='__main__':                 #windows系统必须加
    p=Process(target=work,args=('egon',))#args传参必须是个元组，也可以以字典形式传：kwargs={'name':'egon'}
    p.start()
    print('主进程')

　　方式二：

from multiprocessing import Process
import time
class work(Process):
    def __init__(self,name):
        super(work, self).__init__()
        self.name=name
    def run(self):                            #方法名run()不可以更换
        print('%s is piaoing' %self.name)
        time.sleep(5)
        print('% piao end' %self.name)
if __name__=='__main__':                      #windows系统必须加
    p=work('egon')
    p.start()
    print('主进程')

注意：进程的直接内存空间是彼此隔离的，如下例：

from multiprocessing import Process
n=100                                   #在windows系统中应该把全局变量定义在if __name__ == '__main__'之上
def work():
    global n
    n=0
    print('子进程内: ',n)
if __name__ == '__main__':
    p=Process(target=work)
    p.start()                           #结果总为：0
    print('主进程内: ',n)                #结果总为：100

4、socket并发编程实例

　　可以实现多个客户端与服务端进行交流。

服务端：

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

if __name__ == '__main__':
    while True:
        conn,client_addr=server.accept()
        p=Process(target=talk,args=(conn,))
        p.start()

客户端：

#多个客户端
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'))

5、jion()方法详解

　　join方法的主要作用是等待子进程结束后执行主进程。

并行效果：

from multiprocessing import Process
import time
def piao(name):
    print('%s is piaoing' %name)
    time.sleep(3)
    print('%s is piao end' %name)
if __name__=='__main__':
    p1=Process(target=piao,args=('egon',))
    p2=Process(target=piao,args=('alex',))
    p3=Process(target=piao,args=('yuanhao',))
    p4=Process(target=piao,args=('wupeiqi',))
    start_time=time.time()
    p1.start()
    p2.start()
    p3.start()
    p4.start()
    p1.join()
    p2.join()
    p3.join()
    p4.join()
    end_time=time.time()
    print(end_time-start_time)                   #结果为：3.多
    print('主线程')                               #最后才被打印

　　解释：p.join()是让主线程等待p的结束，卡住的是主线程而绝非进程p，进程只要start就会在开始运行了,所以p1-p4.start()时,系统中已经有四个并发的进程了而我们p1.join()是在等p1结束,没错p1只要不结束主线程就会一直卡在原地,这也是问题的关键join是让主线程等,而p1-p4仍然是并发执行的,p1.join的时候,其余p2,p3,p4仍然在运行,等p1.join结束,可能p2,p3,p4早已经结束了,这样p2.join,p3.join.p4.join直接通过检测，无需等待所以4个join花费的总时间仍然是耗费时间最长的那个进程运行的时间。

串行效果：

from multiprocessing import Process
import time
def piao(name):
    print('%s is piaoing' %name)
    time.sleep(3)
    print('%s is piao end' %name)
if __name__=='__main__':
    p1=Process(target=piao,args=('egon',))
    p2=Process(target=piao,args=('alex',))
    p3=Process(target=piao,args=('yuanhao',))
    p4=Process(target=piao,args=('wupeiqi',))
    start_time=time.time()
    p1.start()
    p1.join()
    p2.start()
    p2.join()
    p3.start()
    p3.join()
    p4.start()
    p4.join()
    end_time=time.time()
    print(end_time-start_time)  #结果为：12.多
    print('主线程')

　　解释：以上p1,p2,p3,p4进程是上一个子进程执行完才逐一被启动，形成串行效果。

posted @ 2018-02-03 16:42 Ebola 阅读(242) 评论(0) 编辑收藏举报

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