python3--中的进程操作--multiprocess模块

在python程序中的进程操作

运行中的程序就是一个进程。所有的进程都是通过它的父进程来创建的。因此，运行起来的python程序也是一个进程，那么我们也可以在程序中再创建进程。多个进程可以实现并发效果，也就是说，当我们的程序中存在多个进程的时候，在某些时候，就会让程序的执行速度变快。以我们之前所学的知识，并不能实现创建进程这个功能，所以我们就需要借助Python中强大的模块。

multiprocess模块

multiprocess不是一个模块而是python中一个操作、管理进程的包。 之所以叫multi是取自multiple的多功能的意思,在这个包中几乎包含了和进程有关的所有子模块。由于提供的子模块非常多，为了方便归类记忆，大致分为四个部分：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

multiprocess.process模块

process模块介绍

process模块是一个创建进程的模块，借助这个模块，就可以完成进程的创建

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

方法介绍

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

属性介绍

1 p.daemon：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）

在windows中使用process模块的注意事项

 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

每一个进程，都有一个进程id号，查看进程号

import os
import time
print(os.getpid())
time.sleep(1000)

运行结果

这个进程号，每次执行程序的时候，都是随机分配的

系统中的进程id号，是不会冲突的，每一个进程，对应一个唯一的进程id号

通过windows任务管理器，就可以看到

使用process创建一个进程

import os
import time
from multiprocessing import Process

def process1():
    print('process1 : ', os.getpid())  # 打印进程id号
    time.sleep(10)  # 延迟10秒

print(os.getppid())  # 打印父进程id号
p = Process(target=process1)  # 实例化一个对象p,target=process1表示子进程要执行的任务
p.start()  # 启动进程

执行报错

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。

解决方案:

import os
import time
from multiprocessing import Process

def process1():
    print('process1 : ', os.getpid(), os.getppid())  # 打印进程id号, getppid父进程id号
    time.sleep(10)  # 延迟10秒

print(os.getpid())  # 打印进程id号


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=process1)  # 实例化一个对象p,target=process1表示子进程要执行的任务
    p.start()  # 启动进程

执行结果

为什么会打印两次进程id号？

一个是当前进程的id号，一个是创建新进程的id号

使用process模块创建进程并传参

import os
import time
from multiprocessing import Process

def process1(n, name, num=20):
    print('process1 : ', os.getpid())
    print('n : ', n, name, num)
    time.sleep(10)


if __name__ == '__main__':
    print(os.getpid())  # 打印进程id
    # 实例化一个对象p(即创建一个新进程(子进程)),target=process1表示子进程要执行的程序为process1
    # args里面为需要传入的参数
    p = Process(target=process1, args=[1, 'Sam', 30])
    p.start()  # 运行进程

执行结果

14452  # 打印当前进程id号

process1 :  5884  # 打印新进程id号

n :  1 Sam 30

在一个python进程中开启子进程，start方法和并发效果

import time
from multiprocessing import Process
def f(name):
    print('执行子进程')
    print('hello', name)
    time.sleep(5)
    print('子进程执行完毕，退出！')


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=f, args=('Sam',))
    p.start()  # 执行子进程
    print('执行主进程的内容')

执行结果:

执行主进程的内容

执行子进程

hello Sam

子进程执行完毕，退出！

注释:

1 主进程默认会等待子进程执行完毕之后才会结束

2 主进程和子进程之间的代码是异步执行的

3 为什么主进程要等待子进程结束：回收一些子进程的资源

4 开启一个进程是有时间开销的：操作系统响应开启进程指令，给这个进程分配必要的资源

进程同步控制

import os
import time
from multiprocessing import Process

def func():
    print(os.getpid(),os.getppid())
    time.sleep(1)


if __name__ == '__main__':
    print(os.getpid(), os.getppid())
    p = Process(target=func)
    p.start()
    p.join()  # join方法能够检测到p进程是否已经执行完了，阻塞直到p执行结束
              # join方法能够让子进程执行结束后，在执行其它的
    print('*'*20)

执行结果，join方法，能够将一个程序变成同步的

14832 13644

15796 14832

********************

举一个join方法应用场景的实际例子

让子进程计算一个值，主进程必须得到子进程的值，来计算值

以文件为消息中间件，来完成主进程获取子进程的值

import os
from multiprocessing import Process

def func(exp):
    print(os.getpid(), os.getppid())
    result = eval(exp)  # eval去引号，得到里面真正的表达式
    with open('file', 'w') as f:
        f.write(str(result))


if __name__ == '__main__':
    print(os.getpid(), os.getppid())
    p = Process(target=func, args=['3*5'])
    p.start()
    ret = 5/6
    p.join()  # join方法能够检测到p进程是否已经执行完了，阻塞直到p执行结束
              # p.join()方法一直阻塞，等待子进程算出结果后才执行下面的代码
    with open('file') as f:
        result = f.read()
    ret = ret + int(result)
    print('计算结果为 : {:.2f}'.fORMat(ret))

执行结果：

9980 13644

2236 9980

计算结果为 : 15.83

开启多个子进程

方法一

import os
from multiprocessing import Process

def process(n):
    print(os.getpid(), os.getppid())
    print(n)


if __name__ == '__main__':
    Process(target=process, args=[1, ]).start()
    Process(target=process, args=[2, ]).start()

执行结果

12840 4320

1

16128 4320

2

如果需要开启很多个子进程，写多个明显不理智

方法二

import os
from multiprocessing import Process

def process(n):
    print(os.getpid(), os.getppid())
    print(n)


if __name__ == '__main__':
    for i in range(5):
        Process(target=process, args=[i, ]).start()

执行结果

16308 15472

1

14320 15472

0

9652 15472

2

7752 15472

3

3992 15472

4

注释：为什么上面执行的顺序是随机的？

是操作系统来决定的，它不一定是按照你的顺序来开启进程，有自己的算法，比如开启一个进程，时间片轮转了，那么就不是顺序的

计算复杂的表达式，怎么使用启用多个进程执行？

import os
import time
from multiprocessing import Process

def process(n):
    print(os.getpid(), os.getppid())
    time.sleep(1)
    print(n)


if __name__ == '__main__':
    # 将所有进程放入一个列表里面
    p_lst = []
    for i in range(10):
        p = Process(target=process, args=[i, ])
        p.start()
        p_lst.append(p)
    for p in p_lst:
        p.join()  # 所有的子进程执行之后，在一起执行join方法(阻塞算结果)，
                  # 所有的子进程都结束后才会执行后面的代码
    print('求和！')

开启进程的第二种方式

通过继承来实现的，必须要重写run方法，名字必须是run

import os
from multiprocessing import Process


class Myprocess(Process):
    def __init__(self, *args):  # *args接收多个参数
        super().__init__()  # 执行父类__init__方法
        self.args = args

    def run(self):
        print(os.getpid(), self.name)  # self.name 为进程名
        for i in self.args:
            print('{}和女主播聊天'.format(i))


if __name__ == '__main__':
    print(os.getpid())
    p = Myprocess('Sam', 'Tom')
    p.start()  # 在执行start的时候，会帮我们主动执行run方法中的内容

执行结果

14340

14780 Myprocess-1

Sam和女主播聊天

Tom和女主播聊天

进程中的数据隔离，如何证明是隔离的呢？

from multiprocessing import Process
n = 100
def func():
    global n  # 声明使用全局变量
    n += 1
    print('son :', n)

# 子进程的变量不会影响主进程的变量
if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=func)
    p.start()
    p.join()
    print(n)

执行结果

son : 101

100

守护进程

import time
from multiprocessing import Process

def func():
    print('son start')
    time.sleep(1)
    print('son end')


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=func)
    # 在一个进程开启之前可以设置它为一个守护进程
    p.daemon = True
    p.start()
    time.sleep(0.5)
    print('在主进程中')

执行结果：

son start

在主进程中

总结:守护进程的意义：子进程会随着主进程代码的执行结束而结束

守护进程的作用:

1 守护主进程，程序报活(检查主进程是否存活)

2 主进程开启的时候，建立一个守护进程

3 守护进程只负责每隔1分钟，就给检测程序发一条信息

例2：守护进程

import time
from multiprocessing import Process
def func():
    print('son start')
    while True:
        time.sleep(1)
        print('son')

def func2():
    print('start : in func2')
    time.sleep(5)
    print('end : in func2')


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=func)
    # 在一个进程开启之前可以设置它为守护进程
    p.daemon = True
    p.start()
    Process(target=func2).start()
    time.sleep(2)
    print('在主进程中')

执行结果

son start

start : in func2

son

在主进程中

end : in func2

总结：

主进程会等待子进程的结束而结束

守护进程的意义:

    子进程会随着主进程代码的执行结束而结束

    注意：守护进程不会关心主进程什么时候结束，我只关心主进程中的代码什么时候结束

守护进程的作用:

    守护主进程，程序报活(检测主进程是否存活)

    主进程开启的时候，建立一个守护进程

    守护进程只负责每隔1分钟，就给检测程序发一条消息

进程中的其它方法

import time
from multiprocessing import Process

def func():
    print('wahaha')
    time.sleep(20)
    print('wahaha end')


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=func)
    p.start()
    print(p.is_alive())  # 检测进程是否存活
    time.sleep(1)
    p.terminate()  # 在主进程中结束一个子进程
                   # 执行命令后，进程不是马上结束，而是等待操作系统来回收
    print(p.is_alive())  # 检测进程是否存活
    time.sleep(0.5)
    print(p.is_alive())  # 检测进程是否存活

执行结果

True

wahaha

True

False