python异常处理，多线程，多进程

什么是异常？

异常即是一个事件，该事件会在程序执行过程中发生，影响了程序的正常执行。

一般情况下，在Python无法正常处理程序时就会发生一个异常。

异常是Python对象，表示一个错误。

当Python脚本发生异常时我们需要捕获处理它，否则程序会终止执行。

异常处理

捕捉异常可以使用try / except语句。

try/except语句用来检测try语句块中的错误，从而让except语句捕获异常信息并处理。

如果你不想在异常发生时结束你的程序，只需在try里捕获它。

以下为简单的try....except...else的语法：

    正常的操作
   ......................
except:  #可以多次使用except捕捉多个错误
    发生异常，执行这块代码
   ......................
else:　　#可有可无
    如果没有异常执行这块代码

例：索引错误

l = [1, 2, 3, 4]
try:
    l[5]
except IndexError:
    print('索引错误')
else:
    print('成功')

运行结果：

l = [1, 2, 3, 4]
try:
    l[5]
except IndexError as i: #可以给错误个别名
    print(i)    #然后打印错误，会出现原生错误
else:
    print('成功')

运行结果：

try-finally 语句

try-finally 语句无论是否发生异常都将执行最后的代码。

try:
<语句>
finally:
<语句>    #退出try时总会执行
raise

 例：

l = [1, 2, 3, 4]
try:
    l[5]
except IndexError:
    print('索引错误')
finally:
    print('happy')

运行结果：

自定义异常

通过创建一个新的异常类，程序可以命名它们自己的异常。异常应该是典型的继承自Exception类，通过直接或间接的方式。

以下为与RuntimeError相关的实例,实例中创建了一个类，基类为RuntimeError，用于在异常触发时输出更多的信息。

在try语句块中，用户自定义的异常后执行except块语句，变量 e 是用于创建Networkerror类的实例。

例：

class 异常错误名字(Exception): #自定义异常，继承Exception类的形式

    def __init__(self, msg): #初始化
        self.message = msg

    # def __str__(self):
    #     return self.message

try:
    raise 异常错误名字('我的异常') #固定格式
except 异常错误名字 as e:
    print(e)

多任务多线程

线程的并发是利用cpu的上下文的切换，在python3里是假的多线程，它不是真真正正的并行，其实就是串行，只不过利用了cpu上下文的切换而已

线程是程序最小的调度单位

例：串行

def test1():
    for i in range(3):
        print('test1=======>%s' % i)
def test2():
    for i in range(3):
        print('test2=======>%s' % i)

test1()
test2()

运行结果：

例：并发

import threading #导入线程模块
import time #导入time模块
def test1():
    for i in range(3):
        time.sleep(1)   #为了看出效果，延迟1秒
        print('test1=======>%s' % i)
def test2():
    for i in range(3):
        time.sleep(1)   #为了看出效果，延迟1秒
        print('test2=======>%s' % i)
t1 = threading.Thread(target=test1) #实例化一个线程，用Thread方法 ，目标是test1（不加括号，是内存地址）
t2 = threading.Thread(target=test2)
t1.start()  #执行这个线程
t2.start()  #执行这个线程

运行结果：图一出现后1秒，再次出现两行，如图二，再1秒后，再次出现两行，如图三

多线程执行的顺序是无序的

def test1(n):
    time.sleep(1)
    print('task', n)
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=test1, args=('t-%s' % i,))    #传参args，必须元组形式，必须要加逗号
    t.start()

运行结果：

多线程共享全局变量

因为函数内得不到函数外的数据，所以要global声明

g_num = 0 #全局变量
def update():
    global g_num  #global声明全局变量（才可以修改）
    for i in range(10):
        g_num += 1
update()
print(g_num)

运行结果：

g_num = 0 #全局变量
def update():
    global g_num  #global声明全局变量（才可以修改）
    for i in range(10):
        g_num += 1
def reader():
    global g_num
    print(g_num)

t1 = threading.Thread(target=update)
t2 = threading.Thread(target=reader)
t1.start()
t2.start()

运行结果：

线程是继承在进程里的，没有进程就没有线程

GIL全局解释器锁

GIL的全称是：Global Interpreter Lock,意思就是全局解释器锁，这个GIL并不是python的特性，他是只在Cpython解释器里引入的一个概念，而在其他的语言编写的解释器里就没有这个GIL例如：Jython，Pypy

为什么会有GIL？：

       随着电脑多核cpu的出现核cpu频率的提升，为了充分利用多核处理器，进行多线程的编程方式更为普及，随之而来的困难是线程之间数据的一致性和状态同步，而python也利用了多核，所以也逃不开这个困难，为了解决这个数据不能同步的问题，设计了gil全局解释器锁。

  

例：

def test1():
    global global_num #声明全局变量
    for i in range(1000000):
        global_num += 1 #加1
    print("test1", global_num)

def test2():
    global global_num
    for i in range(1000000):
        global_num += 1
    print("test2", global_num)
t1 = threading.Thread(target=test1)
t2 = threading.Thread(target=test2)
t1.start()
t2.start()
# # t1.join()   #等t1线程执行完毕
# # t2.join()
print(global_num)

执行结果：会发现每次都是不同的

那么问题来了，为什么每次的执行结果都不一样呢，让我们结合上面的大图，分析一下：

上图和实例解析：

线程共享数据池，就相当于声明的全局变量，线程1拿到公共数据后，首先会申请到gil锁，就是在它进行操作时，不允许其他线程的操作，通过python解释器，调用系统原生线程，，然后假设在cpu上执行，若执行时间到了，线程1 还没有执行结束，那么将会被要求释放gil锁，相当于暂停，释放后线程2会拿到公共数据，同样申请到gil锁，通过python解释器调用原生线程，假设在cpu3上执行，并且完成+1的赋值，全局变量将会从0变成1，并且 ，线程2释放gil锁，线程1再次开始执行，将从暂停的位置开始，当结束+1赋值时，释放gil锁，这里线程1的从0到1赋值的过程将会覆盖掉线程2的赋值，所以，全局变量还是1，接下来还是同样的道理，不管线程1还是线程2，每一次赋值都是覆盖形式的，所以当主线程结束的时候，每次的结果就不一样了。

 那么上面的结果并不是我们想要的，针对上面的情况我们的解决的方案是再加一把锁

互斥锁，要么不作，要么做完

GIL全局解释器锁
import threading
global_num = 0

lock = threading.Lock() #申请一把锁
def test1():
    global global_num
    lock.acquire() #上锁
    for i in range(1000000):
        global_num += 1
    lock.release() #释放锁
    print("test1", global_num)

def test2():
    global global_num
    lock.acquire() #上锁
    for i in range(1000000):
        global_num += 1
    lock.release() #释放锁
    print("test2", global_num)
t1 = threading.Thread(target=test1)
t2 = threading.Thread(target=test2)
t1.start()
t2.start()
t1.join()   #为了防止主线程结束的太快，等t1线程执行完毕
t2.join()   #为了防止主线程结束的太快，等t2线程执行完毕
print(global_num)

运行结果：

那么上过锁之后，实际就变成了串行

例：下面代码开了10个进程，跑了多久的时间

import time
def run(n):
    time.sleep(2)
    print('this is running======>%s' % n)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=run, args=(i,))
    t.start()

解决方案：

import time
def run(n):
    time.sleep(2)
    print('this is running======>%s' % n)
l = []  #建立一个空列表
start = time.time() #记录开始的时间
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=run, args=(i,))
    t.start()
    l.append(t) #把创建的实例加入列表
for j in l: #循环l列表
    j.join() #等待循环进程结束
end = time.time() #记录结束的时间
print('cost', (end-start))

只要在进行耗时的IO操作的时候，能释放GIL，所以只要在IO密集型的代码里，用多线程就很合适

进程

一个程序运行起来之后，代码+用到的资源称之为进程，它是操作系统分配资源的基本单位，不仅可以通过线程完成多任务，进程也是可以的，cpu密集的时候适合用多进程

多进程的并发

import time
import multiprocessing #导入多重处理模块
def test1():
    for i in range(10):
        time.sleep(1)
        print('test1====>', i)

def test2():
    for i in range(10):
        time.sleep(1)
        print('test2====>', i)
        
if __name__=='__main__': #main的固定格式，如果没有将报错不支持
    p1 = multiprocessing.Process(target=test1) #进程1的调用
    p2 = multiprocessing.Process(target=test2) #进程2的调用
    p1.start()
    p2.start()

一这两个进程任务为例，如果cpu核数>=2，那么就是真真正正的 并行

运行结果：以此类推

进程之间是相互独立的

import multiprocessing
import time
g_num = 0
def update(): #写函数
    global g_num
    for i in range(100):
        g_num += 1
    print(g_num)

def reader(): #读函数
    print(g_num)

if __name__ == '__main__':
    p1 = multiprocessing.Process(target=update)
    p2 = multiprocessing.Process(target=reader)
    p1.start()
    p2.start()

运行结果：，由此看出读函数没有读到写函数更改的内容，所以得出，进程之间互相独立，互不影响

进程池

 什么时候用进程池？

当不知道有多少个进程池要跑的时候，用进程池最合适。

import multiprocessing
from multiprocessing import Pool #或者用 multiprocessing.Pool()，再给他赋变量
import time
import threading
g_num = 0
def test1(n):
    for i in range(n):
        time.sleep(1)
        print('test1', i)

def test2(n):
    for i in range(n):
        time.sleep(1)
        print('test2', i)

if __name__ == '__main__':

    pool = Pool() #声明进程池 #括号内没有声明进程数，默认无限（根据电脑配置情况）
    pool.apply_async(test1, (10,)) #使用方法并且加参数
    pool.apply_async(test2, (10,))
    pool.close() #进程池关闭
    pool.join() #进程池等待（注意的是：join必须放在close后边）

这就是进程池的并发，运行结果：

等等

协程

进程是资源分配的单位，切换需要的资源最大，效率低
线程是操作系统调度的单位，切换需要的资源一般，效率一般
协程是寄生在线程里的，所以协程切换任务资源很小，效率高。IO操作密集的时候首选协程
多进程、多线程根据cpu核数不一样可能是并行的，但是协成在一个线程中

协程，其实就是串行

例：

import gevent,time
def test1():
    for i in range(10):
        time.sleep(1) #遇见延迟就切换
        print('test1', i)

def test2():
    for i in range(10):
        time.sleep(1) #遇见延迟就切换
        print('test2', i)
g1 = gevent.spawn(test1) #声明实例，调用函数的方法就是spawn
g2 = gevent.spawn(test2)
g1.join() #调用方式join，不是start
g2.join()

运行结果：依次出现，由此看出是串行

协程，可以自动切换

由于协程工作时遇见延迟就会切换，所以会在test1，test2来回切换，因为test1延迟1秒，test2，延迟2秒，所以会按照2个test1，一个test2 的规律打印

import gevent,time
# from gevent import monkey #打个补丁支持time.sleep()
# monkey.patch_all() #让gevent支持time.sleep()
def test1():
    for i in range(10):
        # time.sleep(1) #遇见延迟就切换
        gevent.sleep(1) #延迟1秒
        print('test1', i)

def test2():
    for i in range(10):
        # time.sleep(2) #遇见延迟就切换
        gevent.sleep(2) #延迟2秒
        print('test2', i)
g1 = gevent.spawn(test1) #声明实例，调用函数的方法就是spawn
g2 = gevent.spawn(test2)
g1.join() #调用方式join，不是start
g2.join()

运行结果：