Python多任務之進程

2019 年 10 月 14 日
筆記

Process多進程

進程的概念

程式是沒有運行的程式碼，靜態的；

進程是運行起來的程式，進程是一個程式運行起來之後和資源的總稱；

程式只有一個，但同一份程式可以有多個進程；例如，電腦上多開QQ；

程式和進程的區別在於有沒有資源，進程有資源而程式沒有資源，進程是一個資源分配的基本單元；
程式在沒運行的時候沒有資源，沒有顯示卡，沒有網卡，等等；雙擊運行後有攝影機，有網速等等，就叫做進程；

進程的狀態

進程狀態圖

就緒態：運行的條件都已經慢去，正在等在cpu執行
執行態：cpu正在執行其功能
等待態：等待某些條件滿足，例如一個程式sleep了，此時就處於等待態

使用Process完成多任務

進程的使用步驟和執行緒的使用步驟基本一致；

進程的使用步驟：

導入multiprocessing；
編寫多任務所所需要的函數；
創建multiprocessing.Process類的實例對象並傳入函數引用；
調用實例對象的start方法，創建子執行緒。

進程使用步驟圖示：

進程使用步驟程式碼

import time  import multiprocessing      def sing():      while True:          print("-----sing-----")          time.sleep(1)      def dance():      while True:          print("-----dance-----")          time.sleep(1)      def main():      p1 = multiprocessing.Process(target=sing)      p2 = multiprocessing.Process(target=dance)      p1.start()      p2.start()      if __name__ == "__main__":      main()

使用Process完成多任務.py

運行結果：

-----sing-----  -----dance-----  -----sing-----  -----dance-----  -----sing-----  -----dance-----  ......

進程：

主進程有什麼，子進程就會有什麼資源；
執行緒能創建多任務，進程也能創建多任務，但進程耗費的資源比較大；
所以運行的進程數，不一定越多越好；
當創建子進程時，會複製一份主進程的資源，程式碼，記憶體等，但又會有自己不同的地方，比如pid等；
我們可以理解為多進程之間共享程式碼，即只有一份程式碼，但有多個指向同一程式碼的箭頭；
能共享的就共享，不能共享的就拷貝一份；不需要修改的就共享，要修改的時候就給你拷貝一份，這就是寫時拷貝；

獲取進程id

獲取進程id程式碼

from multiprocessing import Process  import osdef run_proc():      """子進程要執行的程式碼"""      print('子進程運行中，pid=%d...' % os.getpid())  # os.getpid獲取當前進程的進程號      print('子進程將要結束...')    if __name__ == '__main__':      print('父進程pid: %d' % os.getpid())  # os.getpid獲取當前進程的進程號      p = Process(target=run_proc)      p.start()

進程和執行緒對比

進程和執行緒的區別

進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位；
執行緒是進程的一個實體,是CPU調度和分派的基本單位,即是作業系統調度的單位，它是比進程更小的能獨立運行的基本單位；
一個程式至少有一個進程,一個進程至少有一個執行緒；
執行緒的劃分尺度小於進程(資源比進程少)，使得多執行緒程式的並發性高；
進程在執行過程中擁有獨立的記憶體單元，而多個執行緒共享記憶體，從而極大地提高了程式的運行效率；
執行緒不能夠獨立執行，必須依存在進程中；
進程先有，才有的執行緒；
執行緒用資源去做事；
多執行緒能實現多任務是指在一個進程資源裡面有多個箭頭；多執行緒是在同一個資源裡面有多個箭頭執行同一份程式碼；
多進程的多任務是又開啟了一份資源，在這個資源裡面又有一個箭頭；
進程執行方式1：在一份資源裡面有多個箭頭在執行；
進程執行方式2：有多份資源，在每一份資源裡面有一個箭頭執行程式碼；
執行緒執行開銷小，但不利於資源的管理和保護，進程正好相反；
開發中還是多執行緒用的多；

通過隊列完成進程間通訊

隊列使用語法

# 創建隊列：  from multiprocessing import Queue  q = Queue(3)  # 往隊列中添加數據：  q.put(xxx)  # 從隊列中獲取數據：  q.get()

通過隊列完成進程間通訊程式碼

from multiprocessing import Queue  import multiprocessing      def download_data(q):      """模擬這是從網上下載數據"""      data = [11, 22, 33]      for i in data:          q.put(i)      print("數據下載完成")      def deal_data(q):      """模擬處理從網上下載下來的數據"""      data_list = []      while True:          data = q.get()          data_list.append(data)          if q.empty():              break      print("處理數據結束，數據為：", data_list)      def main():      q = Queue(3)      p1 = multiprocessing.Process(target=download_data, args=(q,))      p2 = multiprocessing.Process(target=deal_data, args=(q,))      p1.start()      time.sleep(1)      p2.start()      if __name__ == '__main__':      main()

通過隊列完成進程間通訊.py

運行結果：

數據下載完成  處理數據結束，數據為： [11, 22, 33]

進程池完成多任務

進程池

進程池的概念

因為進程的創建和銷毀是需要大量的資源的，為了減少消耗，當我們在處理多任務時，比如100個任務，我們可以先創建10個進程，然後用這10個進程來執行者100個任務，就可以重複使用進程，達到節約資源的目的了，而這個就可以使用進程池。

進程池的創建
任務數固定且較少，用普通的進程即可；任務數不確定，且比較多，就用進程池；
進程池不會等待進程執行完畢，我們需要使用po.join()讓主進程等待進程池中的進程執行完；且po.close()必須在join前面；

創建進程池語法

# 創建進程池  from multiprocessing import Pool  po = Pool(3)    # 給進程池傳遞任務和參數  po.asyn(sing, (num,))    # 讓進程池等待子進程執行完  po.close()  po.join()

進程池pool示例

from multiprocessing import Pool  import os, time, random      def worker(msg):      t_start = time.time()      print("%s開始執行,進程號為%d" % (msg, os.getpid()))      # random.random()隨機生成0~1之間的浮點數      time.sleep(random.random() * 2)      t_stop = time.time()      print(msg, "執行完畢，耗時%0.2f" % (t_stop - t_start))      def main():      po = Pool(3)  # 定義一個進程池，最大進程數3      for i in range(0, 10):          # Pool().apply_async(要調用的目標,(傳遞給目標的參數元祖,))          # 每次循環將會用空閑出來的子進程去調用目標          po.apply_async(worker, (i,))        print("----start----")      po.close()  # 關閉進程池，關閉後po不再接收新的請求      po.join()  # 等待po中所有子進程執行完成，必須放在close語句之後      print("-----end-----")      if __name__ == '__main__':      main()

進程池pool示例.py

執行結果：

----start----  0開始執行,進程號為7812  1開始執行,進程號為9984  2開始執行,進程號為1692  1 執行完畢，耗時0.65  3開始執行,進程號為9984  0 執行完畢，耗時1.08  4開始執行,進程號為7812  2 執行完畢，耗時1.82  5開始執行,進程號為1692  4 執行完畢，耗時1.12  6開始執行,進程號為7812  3 執行完畢，耗時1.35  7開始執行,進程號為9984  7 執行完畢，耗時0.11  8開始執行,進程號為9984  6 執行完畢，耗時0.50  9開始執行,進程號為7812  5 執行完畢，耗時0.65  8 執行完畢，耗時0.70  9 執行完畢，耗時0.74  -----end-----

執行結果

多進程拷貝文件夾

多任務文件夾copy

步驟思路：

1.獲取用戶要拷貝的文件夾的名字；
2.創建一個新的文件夾；
3.獲取文件夾的所有待拷貝的文件名；listdir()
4.創建進程池；
5.複製原文件夾中的文件，到新文件夾的文件中去；

多任務拷貝文件程式碼

import os  from multiprocessing import Pool      def copy_file(file, old_folder, new_folder):        old_f = open(old_folder+"/"+file, "rb")      data = old_f.read()      old_f.close()        new_f = open(new_folder+"/"+file, "wb")      new_f.write(data)      new_f.close()      print("創建文件成功:", file)      def main():      # 1.獲取要拷貝的文件夾      old_folder = input("請輸入你要拷貝的文件夾：")      # 2.創建新文件夾      new_folder = old_folder + "_復件"      try:          os.mkdir(new_folder)          print("創建文件夾成功")      except Exception as e:          pass      # 3.獲取文件夾中所有待拷貝的文件,listdir()      files_list = os.listdir(old_folder)      # print(files_list)      # 4.創建進程池      po = Pool(5)      for file in files_list:          # 向進程池中添加複製文件的任務          po.apply_async(copy_file, args=(file, old_folder, new_folder))      # 複製原文件夾中的文件，到新文件夾中      po.close()      po.join()      if __name__ == '__main__':      main()

使用進程池拷貝文件夾

在完成文件夾拷貝後，增加了一個需求，顯示拷貝文件的進度條，怎麼辦？

多任務拷貝文件並顯示進度條

如果要在進程池中使用Queue，要使用from multiprocessing import Manager ，使用Manager().Queue()；

顯示進度條思路：

創建一個隊列；
往拷貝文件的函數中傳入隊列，拷貝好一個文件就往q中傳入該文件名；
在主函數中計算listdir()中的所有文件數量；
在主函數中定義一個num，初始值為0；
在主函數中定義一個while true，從q中獲取文件每獲取一個文件們就將num+1
計算，如果num的值大於等於總文件數量，就break；
使用已拷貝文件數量num除以總文件數量，即為拷貝的進度，使用開頭r 和end=””讓顯示進度不換行，如下：

print("r已拷貝文件%.2f %%" % (copy_ok_file_num*100/all_file_len), end="")

多任務拷貝文件並顯示進度條程式碼

import os  from multiprocessing import Pool, Manager      def copy_file(q, file, old_folder, new_folder):        old_f = open(old_folder+"/"+file, "rb")      data = old_f.read()      old_f.close()        new_f = open(new_folder+"/"+file, "wb")      new_f.write(data)      new_f.close()      q.put(file)      def main():      # 1.獲取要拷貝的文件夾      old_folder = input("請輸入你要拷貝的文件夾：")      # 2.創建新文件夾      new_folder = old_folder + "_復件"      try:          os.mkdir(new_folder)          print("創建文件夾成功")      except Exception as e:          pass      # 3.獲取文件夾中所有待拷貝的文件,listdir()      files_list = os.listdir(old_folder)      # 4.創建進程池      po = Pool(5)      # 5.創建隊列      q = Manager().Queue()      # 6.複製原文件夾中的文件，到新文件夾中      for file in files_list:          # 向進程池中添加複製文件的任務          po.apply_async(copy_file, args=(q, file, old_folder, new_folder))      all_file_len = len(files_list)      po.close()      # po.join()      copy_ok_file_num = 0      while True:          file = q.get()          copy_ok_file_num += 1          print("已拷貝文件%.2f %%" % (copy_ok_file_num*100/all_file_len))          # print("r已拷貝文件%.2f %%" % (copy_ok_file_num*100/all_file_len), end="")          if copy_ok_file_num >= all_file_len:              break      print()      if __name__ == '__main__':      main()

多任務拷貝文件並顯示進度條.py