利用 Python 实现多任务进程

正在执行的程序,由程序、数据和进程控制块组成,是正在执行的程序,程序的一次执行过程,是资源调度的基本单位。
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本文转载自微信公众号「杰哥的IT之旅」,作者阿拉斯加 。转载本文请联系杰哥的IT之旅公众号。

一、进程介绍

进程:正在执行的程序,由程序、数据和进程控制块组成,是正在执行的程序,程序的一次执行过程,是资源调度的基本单位。

程序:没有执行的代码,是一个静态的。

二、线程和进程之间的对比

由图可知:此时电脑有 9 个应用进程,但是一个进程又会对应于多个线程,可以得出结论:

进程:能够完成多任务,一台电脑上可以同时运行多个 QQ

线程:能够完成多任务,一个 QQ 中的多个聊天窗口

根本区别:进程是操作系统资源分配的基本单位,而线程是任务调度和执行的基本单位.

使用多进程的优势:

1、拥有独立GIL:

首先由于进程中 GIL 的存在,Python 中的多线程并不能很好地发挥多核优势,一个进程中的多个线程,在同  一时刻只能有一个线程运行。而对于多进程来说,每个进程都有属于自己的 GIL,所以,在多核处理器下,多进程的运行是不会受 GIL的影响的。因此,多进  程能更好地发挥多核的优势。

2、效率高

当然,对于爬虫这种 IO 密集型任务来说,多线程和多进程影响差别并不大。对于计算密集型任务来说,Python 的多进程相比多线  程,其多核运行效率会有成倍的提升。

三、Python 实现多进程

我们先用一个实例来感受一下:

1、使用 process 类

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import multiprocessing  def process(index):      print(f'Process: {index}')  if __name__ == '__main__':      for i in range(5):          p = multiprocessing.Process(target=process, args=(i,))          p.start()
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这是一个实现多进程最基础的方式:通过创建 Process 来新建一个子进程,其中 target 参数传入方法名,args 是方法的参数,是以  元组的形式传入,其和被调用的方法 process 的参数是一一对应的。

注意:这里 args 必须要是一个元组,如果只有一个参数,那也要在元组第一个元素后面加一个逗号,如果没有逗号则  和单个元素本身没有区别,无法构成元组,导致参数传递出现问题。创建完进程之后,我们通过调用 start 方法即可启动进程了。

运行结果如下:

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Process: 0  Process: 1  Process: 2  Process: 3  Process: 4
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可以看到,我们运行了 5 个子进程,每个进程都调用了 process 方法。process 方法的 index 参数通过 Process 的 args  传入,分别是 0~4 这 5 个序号,最后打印出来,5 个子进程运行结束。

2、继承 process 类

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from multiprocessing import Process import time  class MyProcess(Process):     def __init__(self,loop):         Process.__init__(self)         self.loop = loop       def run(self):         for count in range(self.loop):             time.sleep(1)             print(f'Pid:{self.pid} LoopCount: {count}') if __name__ == '__main__':     for i in range(2,5):         p = MyProcess(i)         p.start()
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我们首先声明了一个构造方法,这个方法接收一个 loop 参数,代表循环次数,并将其设置为全局变量。在 run方法中,又使用这 个 loop 变量循环了  loop 次并打印了当前的进程号和循环次数。

在调用时,我们用 range 方法得到了 2、3、4 三个数字,并把它们分别初始化了 MyProcess 进程,然后调用 start 方法将进程启动起  来。

注意:这里进程的执行逻辑需要在 run 方法中实现,启动进程需要调用 start 方法,调用之后 run 方法便会执行。

运行结果如下:

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Pid:12976 LoopCount: 0 Pid:15012 LoopCount: 0 Pid:11976 LoopCount: 0 Pid:12976 LoopCount: 1 Pid:15012 LoopCount: 1 Pid:11976 LoopCount: 1 Pid:15012 LoopCount: 2 Pid:11976 LoopCount: 2 Pid:11976 LoopCount: 3
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注意,这里的进程 pid 代表进程号,不同机器、不同时刻运行结果可能不同。

四、进程之间的通信

1、Queue-队列 先进先出

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from multiprocessing import Queue import multiprocessing  def download(p): # 下载数据     lst = [11,22,33,44]     for item in lst:         p.put(item)     print('数据已经下载成功....')   def savedata(p):     lst = []     while True:         data = p.get()         lst.append(data)         if p.empty():             break     print(lst)  def main():     p1 = Queue()      t1 = multiprocessing.Process(target=download,args=(p1,))     t2 = multiprocessing.Process(target=savedata,args=(p1,))      t1.start()     t2.start()   if __name__ == '__main__':     main() 数据已经下载成功.... [11, 22, 33, 44]
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2、共享全局变量不适用于多进程编程

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import multiprocessing  a = 1   def demo1():     global a     a += 1   def demo2():     print(a)  def main():     t1 = multiprocessing.Process(target=demo1)     t2 = multiprocessing.Process(target=demo2)      t1.start()     t2.start()  if __name__ == '__main__':     main()
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运行结果:

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有结果可知:全局变量不共享;

五、进程池之间的通信

1、进程池引入

当需要创建的子进程数量不多时,可以直接利用 multiprocessing 中的 Process  动态生成多个进程,但是如果是上百甚至上千个目标,手动的去创建的进程的工作量巨大,此时就可以用到 multiprocessing 模块提供的 Pool  方法。

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from multiprocessing import Pool import os,time,random  def worker(a):     t_start = time.time()     print('%s开始执行,进程号为%d'%(a,os.getpid()))      time.sleep(random.random()*2)     t_stop = time.time()     print(a,"执行完成,耗时%0.2f"%(t_stop-t_start))   if __name__ == '__main__':     po = Pool(3)        # 定义一个进程池     for i in range(0,10):         po.apply_async(worker,(i,))    # 向进程池中添加worker的任务      print("--start--")     po.close()            po.join()            print("--end--")
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运行结果:

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--start-- 0开始执行,进程号为6664 1开始执行,进程号为4772 2开始执行,进程号为13256 0 执行完成,耗时0.18 3开始执行,进程号为6664 2 执行完成,耗时0.16 4开始执行,进程号为13256 1 执行完成,耗时0.67 5开始执行,进程号为4772 4 执行完成,耗时0.87 6开始执行,进程号为13256 3 执行完成,耗时1.59 7开始执行,进程号为6664 5 执行完成,耗时1.15 8开始执行,进程号为4772 7 执行完成,耗时0.40 9开始执行,进程号为6664 6 执行完成,耗时1.80 8 执行完成,耗时1.49 9 执行完成,耗时1.36 --end--
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一个进程池只能容纳 3 个进程,执行完成才能添加新的任务,在不断的打开与释放的过程中循环往复。

六、案例:文件批量复制

操作思路:

  • 获取要复制文件夹的名字

  • 创建一个新的文件夹

  • 获取文件夹里面所有待复制的文件名

  • 创建进程池

  • 向进程池添加任务

代码如下:

导包

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import multiprocessing import os import time
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定制文件复制函数

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def copy_file(Q,oldfolderName,newfolderName,file_name):     # 文件复制,不需要返回     time.sleep(0.5)     # print('\r从%s文件夹复制到%s文件夹的%s文件'%(oldfolderName,newfolderName,file_name),end='')      old_file = open(oldfolderName + '/' + file_name,'rb') # 待复制文件     content = old_file.read()     old_file.close()      new_file = open(newfolderName + '/' + file_name,'wb') # 复制出的新文件     new_file.write(content)     new_file.close()      Q.put(file_name) # 向Q队列中添加文件
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定义主函数

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def main():     oldfolderName = input('请输入要复制的文件夹名字:') # 步骤1获取要复制文件夹的名字(可以手动创建,也可以通过代码创建,这里我们手动创建)     newfolderName = oldfolderName + '复件'     # 步骤二 创建一个新的文件夹     if not os.path.exists(newfolderName):         os.mkdir(newfolderName)      filenames = os.listdir(oldfolderName) # 3.获取文件夹里面所有待复制的文件名     # print(filenames)      pool = multiprocessing.Pool(5) # 4.创建进程池      Q = multiprocessing.Manager().Queue() # 创建队列,进行通信     for file_name in filenames:         pool.apply_async(copy_file,args=(Q,oldfolderName,newfolderName,file_name)) # 5.向进程池添加任务       po.close()      copy_file_num = 0     file_count = len(filenames)     # 不知道什么时候完成,所以定义一个死循环     while True:         file_name = Q.get()         copy_file_num += 1         time.sleep(0.2)         print('\r拷贝进度%.2f %%'%(copy_file_num  * 100/file_count),end='') # 做一个拷贝进度条          if copy_file_num >= file_count:             break
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程序运行

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if __name__ == '__main__':     main()
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运行结果如下图所示:

运行前后文件目录结构对比

运行前

运行后

 

以上内容就是整体大致结果了,由于 test 里面是随便粘贴的测试文件,这里就不展开演示了。

 

23    2021-10-13 09:33:26    Python 多任务 进程