Python进程、多进程、线程以及同步和死锁

一 传统编程的缺陷

传统编程的弊端：

# 必须按照顺序执行，多个任务无法同时在还行
import time


def sing():
    for i in range(5):
        print("sing: hero")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再唱


def dance():
    for i in range(5):
        print("dance: swan")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再跳


def main():
    sing()
    dance()


if __name__ == "__main__":
    main()

2个任务花费的时间是10秒，如果要边跳边唱，其实2个任务是可以在最长的那个任务完成时全部完成的。

实现多任务编程的方式有很多，如：多进程、多线程、协程等。

二 使用多进程方式实现多任务

# 必须按照顺序执行，多个任务无法同时在还行
import time
import multiprocessing


def sing():
    for i in range(5):
        print("sing: hero")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再唱


def dance():
    for i in range(5):
        print("dance: swan")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再跳


def main():
    p1 = multiprocessing.Process(target=sing)
    p2 = multiprocessing.Process(target=dance)
    p1.start()
    p2.start()


if __name__ == "__main__":
    main()

三 进程的一些操作

通过 htop 命令可以查看详细的进程列表。

注意：使用kill -9 pid 杀死主进程后，子进程不会被杀死，此时命令行也会无法正常退出，因为该命令的信号是发给了主进程来执行杀死任务，子进程由于没有父进程，变成了孤儿进程，之后被init进程领养。也就是说杀死主进程后，子进程的父进程称为了init进程。

通过 os.getpid() 可以获取到当前进程的pid，os.getppid()可以获取父进程id。

四 进程间通信

进程之间无法直接进行通信，因为他们是互相独立的应用程序。

进程之间要实现通信，常见的方式有：socket等，python中可以使用队列方式实现：

queue = multiprocessing.Queue(3)
queue.put("111")
queue.put(222)

# 取数据
res = queue.get()
print(res)
# 判断： q.full()  q.empty()

五 进程池

p = multiprocessing.Pool(3)

六 多线程方式实现多任务

import time
import threading


def sing():
    for i in range(5):
        print("sing: hero")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再唱


def dance():
    for i in range(5):
        print("dance: swan")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再跳


def main():
    t1 = threading.Thread(target=sing)      # 创建一个线程对象
    t2 = threading.Thread(target=dance)     # 创建一个线程对象
    t1.start()                              # 开启线程
    t2.start()                              # 开启线程


if __name__ == "__main__":
    main()

七 线程相关API

通过 threading.Thread() 可以创建线程，threading.enumerate() 也可以查看当前所有的线程：

import time
import threading


def sing():
    for i in range(5):
        print("sing: hero")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再唱


def dance():
    for i in range(5):
        print("dance: swan")
        time.sleep(1)       # 每唱一次，等1秒再跳


def main():

    t1 = threading.Thread(target=sing)
    t2 = threading.Thread(target=dance)

    t1.start()
    t2.start()

    while True:
        length = len(threading.enumerate())
        print("当前线程数为：%d" % length)
        if length <= 1:
            break
        time.sleep(0.5)


if __name__ == "__main__":
    main()

八 同步与死锁

线程是共享全局变量的，这样就会造成数据的混乱：

import time
import threading

# 定义共享的全局变量
num = 0


def add100():
    global num
    for i in range(100000):
        num = num + 0.00001


def add1000():
    global num
    for i in range(100000):
        num = num + 1000


def main():

    t1 = threading.Thread(target=add100)
    t2 = threading.Thread(target=add1000)

    t1.start()
    t2.start()

    time.sleep(5)
    print(num)              # 每次输出的结果是不相同的


if __name__ == "__main__":
    main()

使用互斥锁实现同步的方案：

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import time
import threading

# 定义共享的全局变量
num = 0


def add100():
    global num
    mutex.acquire()     # 加锁：若已经加锁，则会直到锁被揭开
    for i in range(100000):
        num = num + 0.00001
    mutex.release()     # 解锁


def add1000():
    global num
    mutex.acquire()     # 加锁：若已经加锁，则会直到锁被揭开
    for i in range(100000):
        num = num + 1000
    mutex.release()     # 解锁


# 创建互斥锁，默认不会上锁
mutex = threading.Lock()


def main():

    t1 = threading.Thread(target=add100)
    t2 = threading.Thread(target=add1000)

    t1.start()
    t2.start()

    time.sleep(5)
    print(num)          # 100000001.0 永远不会变


if __name__ == "__main__":
    main()