Python Map 并行

Map是一个酷酷的小东西，也是在Python代码轻松引入并行的关键。对此不熟悉的人会认为map是从函数式语言（如Lisp）借鉴来的东西。map是一个函数 - 将另一个函数映射到一个序列上。例如：

urls = ['http://www.yahoo.com', 'http://www.reddit.com']
results = map(urllib2.urlopen, urls)

 

这段代码在传入序列的每个元素上应用方法urlopen，并将所有结果存入一个列表中。大致与下面这段代码的逻辑相当：

results = []
for url in urls: 
    results.append(urllib2.urlopen(url))

 

Map会为我们处理在序列上的迭代，应用函数，最后将结果存入一个方便使用的列表。

这为什么重要呢？因为利用恰当的库，map让并行处理成为小事一桩！

Python标准库中multiprocessing模块，以及极少人知但同样出色的子模块multiprocessing.dummy，提供了map函数的并行版本。

题外话：这是啥？你从未听说过这名为dummy的mulprocessing模块的线程克隆版本？我也是最近才知道的。在multiprocessing文档页中仅有一句提到这个子模块，而这句话基本可以归结为“哦，是的，存在这样一个东西”。完全低估了这个模块的价值！

Dummy是multiprocessing模块的精确克隆，唯一的区别是：multiprocessing基于进程工作，而dummy模块使用线程（也就带来了常见的Python限制）。因此，任何东西可套用到一个模块，也就可以套用到另一个模块。在两个模块之间来回切换也就相当容易，当你不太确定一些框架调用是IO密集型还是CPU密集型时，想做探索性质的编程，这一点会让你觉得非常赞！

开始

为了访问map函数的并行版本，首先需要导入包含它的模块：

# 以下两行引入其一即可

from multiprocessing import Pool
from multiprocessing.dummy import Pool as ThreadPool

 

并实例化池对象：

# 译注：这里其实是以dummy模块为例

pool = ThreadPool()

 

这一句代码处理了example2.py中7行的build_worker_pool函数完成的所有事情。如名所示，这句代码会创建一组可用的工作者，启动它们来准备工作，并将它们存入变量中，方便访问。

pool对象可以有若干参数，但目前，只需关注第一个：进程/线程数量。这个参数用于设置池中的工作者数目。如果留空，默认为机器的CPU核数。

一般来说，如果为CPU密集型任务使用进程池（multiprocessing pool），更多的核等于更快的速度（但有一些注意事项）。然而，当使用线程池（threading）处理网络密集型任务时，情况就很不一样了，因此最好试验一下池的最佳大小。

pool = ThreadPool(4) # 将池的大小设置为4

 

如果运行了过多的线程，就会浪费时间在线程切换上，而不是做有用的事情，所以可以把玩把玩直到找到最适合任务的线程数量。

现在池对象创建好了，简单的并行也是弹指之间的事情了，那来重写example2.py吧。

import urllib2 
from multiprocessing.dummy import Pool as ThreadPool 

urls = [
  'http://www.python.org', 
  'http://www.python.org/about/',
  'http://www.onlamp.com/pub/a/python/2003/04/17/metaclasses.html',
  'http://www.python.org/doc/',
  'http://www.python.org/download/',
  'http://www.python.org/getit/',
  'http://www.python.org/community/',
  'https://wiki.python.org/moin/',
  'http://planet.python.org/',
  'https://wiki.python.org/moin/LocalUserGroups',
  'http://www.python.org/psf/',
  'http://docs.python.org/devguide/',
  'http://www.python.org/community/awards/'
  # 等等...
  ]

# 创建一个工作者线程池
pool = ThreadPool(4) 
# 在各个线程中打开url，并返回结果
results = pool.map(urllib2.urlopen, urls)
#close the pool and wait for the work to finish
# 关闭线程池，等待工作结束
pool.close() 
pool.join()

 

看看！真正做事情的代码仅有4行，其中3行只是简单的辅助功能。map调用轻松搞定了之前示例40行代码做的事情！觉得好玩，我对两种方式进行了时间测量，并使用了不同的池大小。

# 译注：我觉得与串行处理方式对比意义不大，应该和队列的方式进行性能对比

results = [] 
for url in urls:
  result = urllib2.urlopen(url)
  results.append(result)

# # ------- 对比 ------- # 


# # ------- 池的大小为4 ------- # 
pool = ThreadPool(4) 
results = pool.map(urllib2.urlopen, urls)

# # ------- 池的大小为8 ------- # 

pool = ThreadPool(8) 
results = pool.map(urllib2.urlopen, urls)

# # ------- 池的大小为13 ------- # 

pool = ThreadPool(13) 
results = pool.map(urllib2.urlopen, urls)

 

结果：

单线程: 14.4 秒
池大小为4时：3.1 秒
池大小为8时：1.4 秒
池大小为13时：1.3秒

真是呱呱叫啊！也说明了试验不同的池大小是有必要的。在我的机器上，池的大小大于9后会导致性能退化（译注：咦，结果不是显示13比8的性能要好么？）。

现实中的Example 2

为千张图片创建缩略图。

来做点CPU密集型的事情！对于我，在工作中常见的任务是操作大量的图片目录。其中一种图片转换是创建缩略图。这项工作适于并行处理。

基本的单进程设置

from multiprocessing import Pool 
from PIL import Image

SIZE = (75,75)
SAVE_DIRECTORY = 'thumbs'

def get_image_paths(folder):
  return (os.path.join(folder, f) 
      for f in os.listdir(folder) 
      if 'jpeg' in f)

def create_thumbnail(filename): 
  im = Image.open(filename)
  im.thumbnail(SIZE, Image.ANTIALIAS)
  base, fname = os.path.split(filename) 
  save_path = os.path.join(base, SAVE_DIRECTORY, fname)
  im.save(save_path)

if __name__ == '__main__':
  folder = os.path.abspath(
    '11_18_2013_R000_IQM_Big_Sur_Mon__e10d1958e7b766c3e840')
  os.mkdir(os.path.join(folder, SAVE_DIRECTORY))

  images = get_image_paths(folder)

  for image in images: 
    create_thumbnail(image)

 

示例代码中用了一些技巧，但大体上是：向程序传入一个目录，从目录中获取所有图片，然后创建缩略图，并将缩略图存放到各自的目录中。

在我的机器上，这个程序处理大约6000张图片，花费27.9秒。

如果使用一个并行的map调用来替换for循环：

from multiprocessing import Pool 
from PIL import Image

SIZE = (75,75)
SAVE_DIRECTORY = 'thumbs'

def get_image_paths(folder):
  return (os.path.join(folder, f) 
      for f in os.listdir(folder) 
      if 'jpeg' in f)

def create_thumbnail(filename): 
  im = Image.open(filename)
  im.thumbnail(SIZE, Image.ANTIALIAS)
  base, fname = os.path.split(filename) 
  save_path = os.path.join(base, SAVE_DIRECTORY, fname)
  im.save(save_path)

if __name__ == '__main__':
  folder = os.path.abspath(
    '11_18_2013_R000_IQM_Big_Sur_Mon__e10d1958e7b766c3e840')
  os.mkdir(os.path.join(folder, SAVE_DIRECTORY))

  images = get_image_paths(folder)

  pool = Pool()
  pool.map(create_thumbnail, images)
  pool.close() 
  pool.join()

 

5.6秒！

仅修改几行代码就能得到巨大的速度提升。这个程序的生产环境版本通过切分CPU密集型工作和IO密集型工作并分配到各自的进程和线程（通常是死锁代码的一个因素），获得更快的速度。然而，由于map性质清晰明确，无需手动管理线程，以干净、可靠、易于调试的方式混合匹配两者（译注：这里的“两者”是指什么？CPU密集型工作和IO密集型工作？），也是相当容易的。

就是这样了。（几乎）一行式并行解决方案。

 

转自：http://blog.xiayf.cn/2015/09/11/parallelism-in-one-line/?hmsr=toutiao.io&utm_medium=toutiao.io&utm_source=toutiao.io