python-并发编程之多进程

一、操作系统基础：

进程的概念起源于操作系统，操作系统其它所有概念都是围绕进程来的，所以我们了解进程之前先来了解一下操作系统

操作系统位于计算机硬件与应用软件之间，本质也是一个软件。操作系统由操作系统的内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口）两部分组成

两大功能：

　　1.将复杂的硬件操作封装成简单的接口给应用程序或者用户去使用

　　2.将多个进程对硬件的竞争变得有序

操作系统处理进程的发展简略：

　　1.串行：一个任务完整的运行完毕才运行下一个任务

　　2.并发：多个任务看起来是同时运行的

　　3.多道技术（复用-->共享）

　　　　（1）空间上的复用：多个任务复用内存空间

　　　　（2）时间上的复用：多个任务复用cpu的时间

　　　　　　时间上的复用又分为两种：

1. 一个任务占用时间过长会被操作系统剥夺走cpu的执行权限：比起串行执行反而降低效率

2. 一个任务遇到IO操作也会被操作系统剥夺走cpu的执行权限：比起串行执行可以提升效率　

 

二、进程

程序仅仅是一堆代码而已，而进程指的是程序运行的过程

（一）、进程的创建

开启进程的方式1：（直接使用Process）

from multiprocessing import Process
import time

def task(name):
    print('%s is running'%name)
    time.sleep(3)
    print('%s is done'%name)

#在windows系统上，开启子进程的操作必须放到 if __name__ == '__main__':中,避免递归

if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task,args=('egon',))
    # Process(target=task,kwargs={'name':'egon'})
    p.start()#只是向操作系统发送了一个开启子进程的信号
    print('主')

开启进程的方式2：（继承Process来自定义类，重写run方法）

from multiprocessing import Process
import time

class Myprocess(Process):
    def __init__(self,name):
        super().__init__()
        self.name = name
    def run(self):
        print('%s is running' % self.name)
        time.sleep(3)
        print('%s is done' % self.name)

if __name__ == '__main__':
    p = Myprocess('egon')
    p.start()
    print('主')

结果都为：

主
egon is running
egon is done

注：run：如果在创建Process对象的时候不指定target，那么就会默认执行Process的run方法：

（二）、join方法

join阻塞当前进程，直到调用join方法的那个进程执行完，再继续执行当前进程

from multiprocessing import Process
import time

def task(name,n):
    print('%s is running'%name)
    time.sleep(n)
    print('%s is done'%name)

if __name__ == '__main__':

    start = time.time()
    p_j =[]
    for i in range(1,4):
        p = Process(target=task,args=('egon',i))
        p.start()
        p_j.append(p)

    for i in p_j:
        i.join()
    print(time.time() - start)
    print('主')

当不加join方法时，主进程先运行完毕，加了join就会等子进程运行完毕后才运行主进程，先依次调用start启动进程，再依次调用join要求主进程等待子进程的结束。

为什么要先依次调用start再调用join，而不是start完了就调用join

from multiprocessing import Process
import time

def task(name,n):
    print('%s is running'%name)
    time.sleep(n)
    print('%s is done'%name)

if __name__ == '__main__':
    p1 = Process(target=task,args=('egon',1))
    p2 = Process(target=task,args=('alex',2))
    start = time.time()
    p1.start()
    p1.join()
    p2.start()
    p2.join()
    print(time.time() - start)
    print('主')

程序变成了串行执行，并不是并发了。

（三）进程直接的内存空间互相隔离

from multiprocessing import Process
import time

n=100
def task():
    global n
    n=0

if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task)
    p.start()
    p.join()
    print(n)#100

主进程与子进程之间互不干扰，子进程是对主进程的拷贝。

（四）、进程对象其他相关属性或方法

进程pid（每一个进程在操作系统内都有一个唯一的id号）

使用multiprocessing内的current_process

from multiprocessing import Process,current_process
import time

def task():
    print('%s is running'%current_process().pid)
    time.sleep(3)
    print('%s is done'%current_process().pid)


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task)
    p.start()
    print('主 %s'%current_process().pid)

使用os模块下的getpid方法

from multiprocessing import Process,current_process
import time,os

def task():
    print('%s is running'%os.getpid())
    time.sleep(3)
    print('%s is done'%os.getpid())


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task)
    p.start()
    print('主 %s'%os.getpid())

getppid（）获取进程的主进程id号

from multiprocessing import Process,current_process
import time,os

def task():
    print('%s is running 爹是:%s' %(os.getpid(),os.getppid()))
    time.sleep(30)
    print('%s is done 爹是:%s' %(os.getpid(),os.getppid()))


if __name__ == '__main__':
    p=Process(target=task)
    p.start()
    print('主:%s 主他爹:%s' %(os.getpid(),os.getppid()))

from multiprocessing import Process,current_process
import time,os

def task():
    print('%s is running'%os.getpid())
    time.sleep(3)
    print('%s is done'%os.getpid())


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task,name='子进程1')
    p.start()
    print(p.name)#查看进程名
    # p.terminate()杀死子进程
    print(p.is_alive())#查看子进程是否存活
    print('主 %s'%os.getpid())

（五）、僵尸进程与孤儿进程

僵尸进程：子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程 到底什么时候结束。在 unix 或 linux 的系统中，当一个子进程退出后，它就会变成一个僵尸进程，如果父进程没有通过 wait 或者waitpid()系统调用来读取这个子进程的退出状态的话，这个子进程就会一直维持僵尸进程状态。

僵尸进程的危害：如果进程不调用wait / waitpid的话， 那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵死进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程. 此即为僵尸进程的危害，应当避免。

孤儿进程：如果一个子进程的父进程先于子进程结束，则该子进程将变成孤儿进程。它将由init进程收养，称为init进程的子进程。init就是孤儿院

清除僵尸进程：方法1，结束父进程（主进程），当父进程退出的时候，僵尸进程也会被清除

　　　　　　　方法2，在处理程序中调用 wait 系统调用来清除僵尸进程

（六）、守护进程

守护进程本质就是一个“子进程”，该“子进程”的什么周期小于等于被守护进程的生命周期

p.daemon = True#放在start前面

from multiprocessing import Process
import time

def task(name):
    print('太监 %s活着。。。'%name)
    time.sleep(3)
    print('太监 %s死了。。。'%name)

if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task,args=('lxx',))
    p.daemon = True#放在start前面
    p.start()

    print('egon 正在死...')

（七）、互斥锁

每个进程互相独立，相互之间没有任何关系，某个进程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源的状态为“锁定”，其他线程不能更改；直到该线程释放资源，将资源的状态变成“非锁定”，其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作，从而保证了多线程情况下数据的正确性。

import json
import time,random
from multiprocessing import Process,Lock

def search(name):
    with open('db.json','rt',encoding='utf-8') as f:
        dic=json.load(f)
    time.sleep(1)
    print('%s 查看到余票为 %s' %(name,dic['count']))

def get(name):
    with open('db.json','rt',encoding='utf-8') as f:
        dic=json.load(f)
    if dic['count'] > 0:
        dic['count'] -= 1
        time.sleep(random.randint(1,3))
        with open('db.json','wt',encoding='utf-8') as f:
            json.dump(dic,f)
            print('%s 购票成功' %name)
    else:
        print('%s 查看到没有票了' %name)

def task(name,mutex):
    search(name) #并发
    mutex.acquire()
    get(name) #串行
    mutex.release()

    # with mutex:
    #     get(name)

if __name__ == '__main__':
    mutex = Lock()
    for i in range(10):
        p=Process(target=task,args=('路人%s' %i,mutex))
        p.start()
        # p.join() # join只能将进程的任务整体变成串行