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干货:利用Python实现多任务进程

2022-10-09 18:07:28 432

摘要: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...

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

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

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:

Process: 0 
Process: 1
Process: 2
Process: 3
Process: 4

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

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

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:

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

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

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]

2、共享全局变量不适用于多进程编程

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

运行结果:

1

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。

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--")

运行结果:

--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--

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

import multiprocessing
import os
import time

定制文件复制函数

def copy_file(Q,oldfolderName,newfolderName,file_name):
# 文件复制,不需要返回
time.sleep(0.5)
# print(" 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

定义主函数

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(" 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

程序运行

if __name__ == "__main__":
main

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

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