Python学习之锁、信号量、线程、队列

一、并发行与同步异步概念

      1.并发行概念

         ①并发:指系统具有处理多个任务(动作)的能力

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Concurrency,是并发的意思。并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU) 在若干道程序(或线程)之间多路复用,并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。
微观角度:所有的并发处理都有排队等候,唤醒,执行等这样的步骤,在微观上他们都是序列被处理的,如果是同一时刻到达的请求(或线程)也会根据优先级的不同,而先后进入队列排队等候执行。
宏观角度:多个几乎同时到达的请求(或线程)在宏观上看就像是同时在被处理。
通俗点讲,并发就是只有一个CPU资源,程序(或线程)之间要竞争得到执行机会。图中的第一个阶段,在A执行的过程中B,C不会执行,因为这段时间内这个CPU资源被A竞争到了,同理,第二个阶段只有B在执行,第三个阶段只有C在执行。其实,并发过程中,A,B,C并不是同时在进行的(微观角度)。但又是同时进行的(宏观角度)。
并行:

              ②并行:指系统具有同时处理多个任务(动作)的能力

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Parallelism,即并行,指两个或两个以上事件(或线程)在同一时刻发生,是真正意义上的不同事件或线程在同一时刻,在不同CPU资源呢上(多核),同时执行。
并行,不存在像并发那样竞争,等待的概念。
图中,A,B,C都在同时运行(微观,宏观)。

            ③可以说并行是并发的一个子集

        2.同步与异步

            ①同步(Sync)

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所谓同步,就是发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回或继续执行后续操作。

根据这个定义,Java中所有方法都是同步调用,应为必须要等到结果后才会继续执行。我们在说同步、异步的时候,一般而言是特指那些需要其他端协作或者需要一定时间完成的任务。

简单来说,同步就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。

例如:B/S模式中的表单提交,具体过程是:客户端提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回,在这个过程中客户端(浏览器)不能做其他事。

          ②异步(Async)

异步与同步相对,当一个异步过程调用发出后,调用者在没有得到结果之前,就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后,一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用,调用的返回并不受调用者控制。

对于通知调用者的三种方式,具体如下:

状态

即监听被调用者的状态(轮询),调用者需要每隔一定时间检查一次,效率会很低。

通知

当被调用者执行完成后,发出通知告知调用者,无需消耗太多性能。

回调

与通知类似,当被调用者执行完成后,会调用调用者提供的回调函数。

例如:B/S模式中的ajax请求,具体过程是:客户端发出ajax请求->服务端处理->处理完毕执行客户端回调,在客户端(浏览器)发出请求后,仍然可以做其他的事。

         ③同步和异步的区别:请求发出后,是否需要等待结果,才能继续执行其他操作。

二、 GIL的概念

         Python代码的执行由Python 虚拟机(也叫解释器主循环,CPython版本)来控制,Python 在设计之初就考虑到要在解释器的主循 环中,同时只有一个线程在执行,即在任意时刻,只有一个线程在解释器中运行。对Python 虚拟机的访问由全局解释器锁(GIL)来控制,正是这个锁能保证同一时刻只有一个线程在运行。
在多线程环境中,Python 虚拟机按以下方式执行:
1. 设置GIL
2. 切换到一个线程去运行
3. 运行:
    a. 指定数量的字节码指令,或者
    b. 线程主动让出控制(可以调用time.sleep(0))
4. 把线程设置为睡眠状态
5. 解锁GIL
6. 再次重复以上所有步骤

在调用外部代码(如C/C++扩展函数)的时候,GIL 将会被锁定,直到这个函数结束为止(由于在这期间没有Python 的字节码被运行,所以不会做线程切换)。
 

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