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day 27 Python中进程的操作
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进程的创建和结束:
multiprocess模块：
multiprocess不是一个模块而是python中一个操作、管理进程的包
分为四个部分：创建进程部分，进程同步部分，进程池部分，进程之间数据共享。
Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])，由该类实例化得到的对象，表示一个子进程中的任务（尚未启动） 强调：
1. 需要使用关键字的方式来指定参数
2. args指定的为传给target函数的位置参数，是一个元组形式，必须有逗号 参数介绍：
1 group参数未使用，值始终为None
2 target表示调用对象，即子进程要执行的任务
3 args表示调用对象的位置参数元组，args=(1,2,'egon',)
4 kwargs表示调用对象的字典,kwargs={'name':'egon','age':18}
5 name为子进程的名称
1 p.start()：启动进程，并调用该子进程中的p.run()
2 p.run():进程启动时运行的方法，正是它去调用target指定的函数，我们自定义类的类中一定要实现该方法
3 p.terminate():强制终止进程p，不会进行任何清理操作，如果p创建了子进程，该子进程就成了僵尸进程，使用该方法需要特别小心这种情况。如果p还保存了一个锁那么也将不会被释放，进而导致死锁
4 p.is_alive():如果p仍然运行，返回True
5 p.join([timeout]):主线程等待p终止（强调：是主线程处于等的状态，而p是处于运行的状态）。timeout是可选的超时时间，需要强调的是，p.join只能join住start开启的进程，而不能join住run开启的进程
方法介绍
1 p.daemon：守护进程
默认值为False，如果设为True，代表p为后台运行的守护进程，当p的父进程终止时，p也随 之终止，并且设定为True后，p不能创建自己的新进程，必须在p.start()之前设置
2 p.name:进程的名称
3 p.pid：进程的pid
4 p.exitcode:进程在运行时为None、如果为–N，表示被信号N结束(了解即可)
5 p.authkey:进程的身份验证键,默认是由os.urandom()随机生成的32字符的字符串。这个键的用途是为涉及网络连接的底层进程间通信提供安全性，这类连接只有在具有相同的身份验证键时才能成功（了解即可）
属性介绍
在Windows操作系统中由于没有fork(linux操作系统中创建进程的机制)，在创建子进程的时候会自动 import 启动它的这个文件，而在 import 的时候又执行了整个文件。因此如果将process()直接写在文件中就会无限递归创建子进程报错。所以必须把创建子进程的部分使用if __name__ ==‘__main__’ 判断保护起来，import 的时候 ，就不会递归运行了。
windows下操作进程
使用process模块创建进程
启动两个进程（可以用for循环启动多个进程）
from multiprocessing import Process def func(name):
print(666)
print('我是子进程', name) if __name__ == '__main__':
p1 = Process(target=func, args=('alex',)) # 传的必须是元组，所以alex后面要逗号
p2 = Process(target=func, args=('bob',)) # 传的必须是元组，所以alex后面要逗号
p1.start() # 第一个进程
p2.start() # 第二个进程
print('我是主进程'))
join用法：
from multiprocessing import Process
import time def func(a):
time.sleep(2)
print('子进程', a) if __name__ == '__main__':
p = Process(target=func, args=(1,))
p.start() # 把自己程交给CPU，就开始执行下面的代码。非阻塞态不用等
p.join() # 等待子进程运行完后，父进程才运行，父进程要回收子进程内存空间
print('主进程')
join用法
查看子进程和父进程 id： 子进程：os.getpid 父进程：os.getppid
from multiprocessing import Process
import time
import os def func(a):
time.sleep(2)
print('子进程', os.getpid()) # os.getpid获得子进程ID
print('父进程', os.getppid()) # os.getppid 获得主进程ID if __name__ == '__main__':
print('主进程ID', os.getpid()) # os.getpid获得主进程ID
p = Process(target=func, args=(1,))
p.start()
同时启动多个子进程：
from multiprocessing import Process
import time
import os def func(a):
time.sleep(1)
print('子进程ID', os.getpid()) if __name__ == '__main__':
for i in range(5): # 启动五个子进程
p = Process(target=func, args=(1,))
p.start()
print('主进程ID', os.getppid())
多个子进程中join的用法：
from multiprocessing import Process
import os def func(a):
print('子进程ID%s'% a, os.getpid()) if __name__ == '__main__':
for i in range(5): # 启动五个子进程
p = Process(target=func, args=(i,))
p.start()
# p.join() # 放这里会等待第一个子进程结束后，在执行下一个子进程。不能实现同时启动运行
p.join() #放这里，只会等待进程4结束后，就执行下面的程序。此时可能进程1,2,3并没有执行完。无法达到阻隔子进程的效果
print('主进程ID', os.getppid())
简单版
from multiprocessing import Process def func(a):
time.sleep(0.3)
print('子进程%s正在发发邮件' % a) if __name__ == '__main__':
p_lis = []
for i in range(5): # 启动五个子进程
p = Process(target=func, args=(i,))
p.start()
p_lis.append(p)
for i in p_lis:
p.join() #遍历列表，列表里面是每一个进程。都会被join阻隔
print('所有邮件都已经发出') # 等所有进程都给join阻隔完后，才运行
升级版，发邮件例子
进程间的数据隔离：
进程间数据是相互隔离的
from multiprocessing import Process
n = 100
def func():
global n
for i in range(5):
n = n - 1
print(n) # 每一个进程执行的结果都是 95，说明子进程间彼此隔离
if __name__ == '__main__':
p_lst = []
for i in range(10):
p = Process(target=func)
p.start()
p_lst.append(p)
for p in p_lst:
p.join()
print(n) #
数据隔离，和进程间隔离
开启进程的另一种方式： 继承Process类
class Myprocess(Process):
def run(self):
print('子进程',os.getpid()) if __name__ == '__main__':
p = Myprocess()
p.start()
print('主进程', os.getppid())
固定格式
class Myprocess(Process):
def __init__(self,arg): # 用于接收参数
super().__init__() # 必须执行父类的init方法
self.arg = arg
def run(self):
print('子进程',os.getpid(), self.arg) # 使用参数 if __name__ == '__main__':
p = Myprocess('我是参数') # 实例化是传输参数
p.start()
print('主进程', os.getppid())
带参数形式
多进程中的其他方法：
p1.terminate()#关闭进程,不会立即关闭,所以is_alive立刻查看的结果可能还是存活
print(p1.is_alive()) #判断进程是否存活，结果为True or False
from multiprocessing import Process
import time
class Myprocess(Process):
def __init__(self,arg):
super().__init__()
self.arg = arg
def run(self):
print('子进程',os.getpid(), self.arg) if __name__ == '__main__':
p = Myprocess('我是参数')
p.start()
print(p.is_alive()) # 判断进程是否存活，返回True，False
print('主进程', os.getppid())
p.terminate() # 关闭进程,不会立即关闭,所以is_alive立刻查看的结果可能还是存活
time.sleep(1)
print(p.is_alive())
多进程中的其他方法
守护进程：
# 1.守护进程 会随着主进程代码的结束而结束
# 2.守护进程不会守护除了主进程代码之外的其他子进程
注意：进程之间是互相独立的，主进程代码运行结束，守护进程随即终止
p.daemon = True # 定义p为守护进程
import time
from multiprocessing import Process def guard():
while True:
print('我是守护进程，正在工作') # 只守护主进程
time.sleep(1) def main_main():
print('我不知道自己是不是主进程，正在运行....')
time.sleep(5)
print('结束') def func():
print('我不知道自己是不是主进程')
time.sleep(3)
print('func结束了') if __name__ == '__main__':
p = Process(target=guard)
p.daemon = True # 定义一个守护进程
p.start()
print('大结局') # 这也是主进程
# p2 = Process(target=func())
# p2.start() # 如果用Process启动，则是子进程
p1 = Process(target=main_main) # 非主进程
p1.start()
func() # 这是主进程
守护进程
多进程 实现socket tcp协议 server端的并发
import socket
from multiprocessing import Process def func(conn):
while True:
conn.send(b'hello') if __name__ == '__main__':
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9000))
sk.listen()
while True:
conn,addr = sk.accept()
p = Process(target=func,args = (conn,))
p.start()
server端
import socket sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9000)) while True:
msg = sk.recv(1024)
print(msg)
client端
进程同步： （multiprocess.Lock）, 抢票例子
保证数据安全，会让程序重新变成串行，浪费时间
# 多个进程 抢占同一个数据资源 会造成 数据不安全
# 我们必须要牺牲效率来保证数据的安全性
import json
import time
from multiprocessing import Lock
from multiprocessing import Process
def search(name):
with open('ticket') as f:
ticket_count = json.load(f)
if ticket_count['count'] >=1:
print('%s : 有余票%s张'%(name,ticket_count['count']))
else:
print('%s : 没票了'%name) def buy(name):
with open('ticket') as f:
ticket_count = json.load(f)
time.sleep(0.2)
if ticket_count['count'] >=1:
print('有余票%s张'%ticket_count['count'])
ticket_count['count'] -= 1
print('%s买到票了'%name)
else:
print('%s没买到票' % name)
time.sleep(0.2)
with open('ticket','w') as f:
json.dump(ticket_count,f) def opt(lock,name):
search(name)
lock.acquire() # 拿走钥匙
buy(name)
lock.release() # 归还钥匙 if __name__ == '__main__':
lock = Lock() # 锁 互斥锁
for i in range(10):
p = Process(target=opt,args = (lock,'alex'+str(i),))
p.start()
抢票例子
#加锁可以保证多个进程修改同一块数据时，同一时间只能有一个任务可以进行修改，即串行的修改，没错，速度是慢了，但牺牲了速度却保证了数据安全。
虽然可以用文件共享数据实现进程间通信，但问题是：
1.效率低（共享数据基于文件，而文件是硬盘上的数据）
2.需要自己加锁处理 #因此我们最好找寻一种解决方案能够兼顾：1、效率高（多个进程共享一块内存的数据）2、帮我们处理好锁问题。这就是mutiprocessing模块为我们提供的基于消息的IPC通信机制：队列和管道。
队列和管道都是将数据存放于内存中
队列又是基于（管道+锁）实现的，可以让我们从复杂的锁问题中解脱出来，
我们应该尽量避免使用共享数据，尽可能使用消息传递和队列，避免处理复杂的同步和锁问题，而且在进程数目增多时，往往可以获得更好的可获展性。
队列（multiprocess.Queue）
IPC: 进程间通信
q.get( [ block [ ,timeout ] ] )
返回q中的一个项目。如果q为空，此方法将阻塞，直到队列中有项目可用为止。block用于控制阻塞行为，默认为True. 如果设置为False，将引发Queue.Empty异常（定义在Queue模块中）。timeout是可选超时时间，用在阻塞模式中。如果在制定的时间间隔内没有项目变为可用，将引发Queue.Empty异常。 q.put(item [, block [,timeout ] ] )
将item放入队列。如果队列已满，此方法将阻塞至有空间可用为止。block控制阻塞行为，默认为True。如果设置为False，将引发Queue.Empty异常（定义在Queue库模块中）。timeout指定在阻塞模式中等待可用空间的时间长短。超时后将引发Queue.Full异常。 q.qsize()
返回队列中目前项目的正确数量。此函数的结果并不可靠，因为在返回结果和在稍后程序中使用结果之间，队列中可能添加或删除了项目。在某些系统上，此方法可能引发NotImplementedError异常。 q.close()
关闭队列，防止队列中加入更多数据。调用此方法时，后台线程将继续写入那些已入队列但尚未写入的数据，但将在此方法完成时马上关闭。如果q被垃圾收集，将自动调用此方法。关闭队列不会在队列使用者中生成任何类型的数据结束信号或异常。例如，如果某个使用者正被阻塞在get（）操作上，关闭生产者中的队列不会导致get（）方法返回错误。
队列参数
生产者消费者模型：
import time
from multiprocessing import Process, Queue def consumer(name,q):
while True:
food = q.get()
if not food: break
time.sleep(1)
print('%s吃了一个%s' % (name, food)) def producer(q, food_name):
for i in range(20):
time.sleep(0.1)
food='%s%s' % (food_name, i )
print('制造了%s' % food)
q.put(food) if __name__ == '__main__':
q = Queue(5)
p1 = Process(target=consumer, args=('alex',q))
p2 = Process(target=consumer, args=('wusir',q))
p3 = Process(target=producer, args=(q, '泔水'))
p1.start()
p2.start()
p3.start()
p2.join()
q.put(None)
q.put(None)
生产消费者模型
数据共享 Manager
进程间数据是独立的，可以借助于队列或管道实现通信，二者都是基于消息传递的
虽然进程间数据独立，但可以通过Manager实现数据共享，事实上Manager的功能远不止于此
from multiprocessing import Manager,Process,Lock
def work(d,lock):
with lock: #不加锁而操作共享的数据,肯定会出现数据错乱
d['count']-=1 if __name__ == '__main__':
lock=Lock()
with Manager() as m:
dic=m.dict({'count':100})
p_l=[]
for i in range(100):
p=Process(target=work,args=(dic,lock))
p_l.append(p)
p.start()
for p in p_l:
p.join()
print(dic) Manager例子
进程池： multiprocessing.Pool
定义一个池子，在里面放上固定数量的进程，有需求来了，就拿一个池中的进程来处理任务，等到处理完毕，进程并不关闭，而是将进程再放回进程池中继续等待任务。如果有很多任务需要执行，池中的进程数量不够，任务就要等待之前的进程执行任务完毕归来，拿到空闲进程才能继续执行。也就是说，池中进程的数量是固定的，那么同一时间最多有固定数量的进程在运行。这样不会增加操作系统的调度难度，还节省了开闭进程的时间，也一定程度上能够实现并发效果。
import os
import time
from multiprocessing import Pool def func(i):
time.sleep(0.1)
print(i,os.getpid()) if __name__ == '__main__':
p = Pool(4) # cpu个数 + 1/cpu的个数
for i in range(10):
p.apply_async(func,args=(i,)) # async异步的提交任务
p.close() # 关闭池子，不是要回收池子中的进程，而是阻止继续向池子中提交任务
p.join() # 阻塞，直到池子中的任务都执行完毕
进程池
起多进程的意义
# 1.为了更好的利用CPU，所以如果我们的程序中都是网络IO，文件IO就不适合起多进程
# 2.为了数据的隔离，如果我们的程序中总是要用到数据共享，那么就不适合使用多进程
# 3.超过了cpu个数的任务数，都应该使用进程池来解决问题，而不能无限的开启子进程
Pool([numprocess [,initializer [, initargs]]]):创建进程池
numprocess:要创建的进程数，如果省略，将默认使用cpu_count()的值
2 initializer：是每个工作进程启动时要执行的可调用对象，默认为None
3 initargs：是要传给initializer的参数组
参数介绍
p.apply(func [, args [, kwargs]]):在一个池工作进程中执行func(*args,**kwargs),然后返回结果。
p.apply_async(func [, args [, kwargs]]):在一个池工作进程中执func(*args,**kwargs),然后返回结果。
p.close():关闭进程池，防止进一步操作
P.jion():等待所有工作进程退出。此方法只能在close（）或teminate()之后调用
主要方法
多进程与进程池性能测试：
import os
import time
from multiprocessing import Pool,Process def func(i):
print(i,os.getpid()) if __name__ == '__main__':
start = time.time()
p_lst = []
for i in range(100):
p = Process(target=func,args = (i,))
p.start()
p_lst.append(p)
for p in p_lst:
p.join()
end = time.time()
pro_time = end-start
start = time.time()
p = Pool(4)
for i in range(100):
p.apply_async(func,args=(i,)) # async异步的提交任务
p.close() # 关闭池子，不是要回收池子中的进程，而是阻止继续向池子中提交任务
p.join() # 阻塞，直到池子中的任务都执行完毕
end = time.time()
pool_time = end - start
print(pro_time,pool_time)
同步和异步：
import os,time
from multiprocessing import Pool def work(n):
print('%s run' %os.getpid())
time.sleep(3)
return n**2 if __name__ == '__main__':
p=Pool(3) #进程池中从无到有创建三个进程,以后一直是这三个进程在执行任务
res_l=[]
for i in range(10):
res=p.apply(work,args=(i,)) # 同步调用，直到本次任务执行完毕拿到res，等待任务work执行的过程中可能有阻塞也可能没有阻塞
# 但不管该任务是否存在阻塞，同步调用都会在原地等着
print(res_l) 进程池的同步调用
进程池的同步调用
import os
import time
import random
from multiprocessing import Pool def work(n):
print('%s run' %os.getpid())
time.sleep(random.random())
return n**2 if __name__ == '__main__':
p=Pool(3) #进程池中从无到有创建三个进程,以后一直是这三个进程在执行任务
res_l=[]
for i in range(10):
res=p.apply_async(work,args=(i,)) # 异步运行，根据进程池中有的进程数，每次最多3个子进程在异步执行
# 返回结果之后，将结果放入列表，归还进程，之后再执行新的任务
# 需要注意的是，进程池中的三个进程不会同时开启或者同时结束
# 而是执行完一个就释放一个进程，这个进程就去接收新的任务。
res_l.append(res) # 异步apply_async用法：如果使用异步提交的任务，主进程需要使用jion，等待进程池内任务都处理完，然后可以用get收集结果
# 否则，主进程结束，进程池可能还没来得及执行，也就跟着一起结束了
p.close()
p.join()
for res in res_l:
print(res.get()) #使用get来获取apply_aync的结果,如果是apply,则没有get方法,因为apply是同步执行,立刻获取结果,也根本无需get 进程池的异步调用
进程池的异步调用
回调函数：
需要回调函数的场景：进程池中任何一个任务一旦处理完了，就立即告知主进程：我好了额，你可以处理我的结果了。主进程则调用一个函数去处理该结果，该函数即回调函数 我们可以把耗时间（阻塞）的任务放到进程池中，然后指定回调函数（主进程负责执行），这样主进程在执行回调函数时就省去了I/O的过程，直接拿到的是任务的结果。
import time
import random
from multiprocessing import Process,Pool
def get(i): # 进程池的子进程执行的
time.sleep(random.random())
print('从网页获取一个网页的内容', i)
return i,'网页的内容'*i def call_back(content): # 主进程执行的
print(content) if __name__ == '__main__':
# p = Process(target=get)
# p.start()
p = Pool(5)
ret_l = []
# for i in range(10):
# ret = p.apply_async(get,args=(i,))
# ret_l.append(ret)
# for ret in ret_l:
# content = ret.get()
# print(len(content))
for i in range(10):
p.apply_async(get,args=(i,),callback=call_back)
p.close()
p.join() # 将n个任务交给n个进程去执行
# 每一个进程在执行完毕之后会有一个返回值，这个返回值会直接交给callback参数指定的那个函数去进行处理
# 这样的话 所有的进程 哪一个执行的最快，哪一个就可以先进性统计工作
# 能在最短的时间内得到结果
