Python程序中的进程操作--—--开启多进程

Python程序中的进程操作--—--开启多进程

之前我们已经了解了很多进程相关的理论知识，了解进程是什么应该不再困难了，刚刚我们已经了解了，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。

一、multiprocess模块

仔细说来，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，为了方便大家归类记忆，我将这部分大致分为四个部分：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。

二、multiprocess中process模块

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：

• group参数未使用，值始终为None
• target表示调用对象，即子进程要执行的任务
• args表示调用对象的位置参数元组，args=(1,2,'randy',)
• kwargs表示调用对象的字典，kwargs={'name':'randy','age':18}
• name为子进程的名称

3.1 方法介绍

• p.start()：启动进程，并调用该子进程中的p.run()
• 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
• 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
• p.is_alive()：如果p仍然运行，返回True
• p.join([timeout])：主进程等待p终止（强调：是主进程处于等的状态，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

3.2 属性介绍

• 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
• p.name：进程的名称
• p.pid：进程的pid
• 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)
• 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）

3.3 在windows中使用process模块注意事项

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。

四、使用process模块创建进程

在一个python进程中开启子进程，start方法和并发效果。

4.1在python创建子进程方式一

import time
from multiprocessing import Process

def f(name):
    print("进程开始")
    time.sleep(1)  # 子进程进入堵塞状态，结束后，进入就绪状态，等待拿到cpu的使用权
    print("进程结束")
    time.sleep(1)
    
    
"""
创建进程这个print语句会执行两次, 原因是创建进程首先执行了当前程序的代码，则会执行一次
接着创建进程就是复制了一份代码，在子进程中还会在执行一次，所以就会执行打印两次
"""	
print('进程测试')

if __name__ == '__main__':
    # args表示传递的参数
     """
    创建一个进程，他会将主进程的代码复制一份到另外的一个程序，
    而当前的主程序和子程序为异步状态，整个的程序会等待所有的主
    进程和子进程运行完毕之后，才结束当前的程序
    """
    p = Process(target=f, args=('bob',))
    p.start()
    time.sleep(1)
    print('执行主进程的内容了')

进程测试
进程测试
进程开始2
进程结束2
主进程

4.2 在python中创建子进程方式二

from multiprocessing import Process
import time
class Task(Process):
    def __init__(self, name):
        # self.name = name   # 这样赋值添加属性,在super（）__init__时候有重新初始化了,所以要在init下面修改值

        super().__init__()
        self.name = name

    def run(self):
        print(f"子进程的名称{self.name}")
        time.sleep(0.03)
        print("子进程结束")

if __name__ == '__main__':
    p = Task('randy')

    p.start()  # 想操作系统， 发送开启子进程的请求
    print("主进程")

主进程
子进程的名称randy
子进程结束

4.3 python中子进程和主进程的内存空间是隔离的

from multiprocessing import Process
import time

x = 10


def task():
    global x
    print(f"子进程修改之前{x}")
    x = 100
    print(f"子进程修改之后x: {x}")


if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=task)
    p.start()
    time.sleep(0.5)
    print(f"全局x的值： {x}")

子进程修改之前10
子进程修改之后x: 100
全局x的值： 10

python中子进程和主进程的内存空间是隔离的

4.4 join方法使用

from multiprocessing import Process
import time
def task(x):
	print(f"{x}进程开始")

	time.sleep(3)
	print(f"{x}进程结束")


"""
创建进程这个print语句会执行两次, 原因是创建进程首先执行了当前程序的代码，则会执行一次
接着创建进程就是复制了一份代码，在子进程中还会在执行一次，所以就会执行打印两次
"""	
print('进程测试')

if __name__ == '__main__':

	p1 = Process(target=task, args=(1, ))
	p1.start()
	# join会阻塞住主进程在等待子进程结束，然后在执行join下面的代码（内部会调用wait）
	p1.join() 
	print("主进程")
	# p1 = Process(target=task, args=(1, ))
	# p1.start()
	# p2 = Process(target=task, args=(2, ))
	# p2.start()
	# p1.join()
	# p2.join()

4.5 join多个进程时间统计

# 实现并行
from multiprocessing import Process
import time
def task(x):
	print(f"{x}进程开始")

	time.sleep(x)
	print(f"{x}进程结束")


"""
创建进程这个print语句会执行两次, 原因是创建进程首先执行了当前程序的代码，则会执行一次
接着创建进程就是复制了一份代码，在子进程中还会在执行一次，所以就会执行打印两次
"""	
print('进程测试')

if __name__ == '__main__':

	p1 = Process(target=task, args=(1, ))
	
	p2 = Process(target=task, args=(2, ))
	
	p3 = Process(target=task, args=(3, ))

	# 开始时间
	start = time.time()
	p1.start()
	p2.start()
	p3.start()

	# join会阻塞住主进程在等待子进程结束，然后在执行join下面的代码（内部会调用wait）
	p1.join()
	p2.join()
	p3.join()

	end = time.time()

	"""
	程序运行的时间为3s多，主要是因为创建的三个子进程会同时启动
	会以时间最长的进程为基准，
	"""
	print("程序运行时间%s" %(end-start)) # 程序运行时间3.5375335216522217



# 实现串行
from multiprocessing import Process
import time
def task(x):
	print(f"{x}进程开始")

	time.sleep(x)
	print(f"{x}进程结束")


"""
创建进程这个print语句会执行两次, 原因是创建进程首先执行了当前程序的代码，则会执行一次
接着创建进程就是复制了一份代码，在子进程中还会在执行一次，所以就会执行打印两次
"""	
print('进程测试')

if __name__ == '__main__':

	p1 = Process(target=task, args=(1, ))	
	p2 = Process(target=task, args=(2, ))	
	p3 = Process(target=task, args=(3, ))

	# 开始时间
	start = time.time()
	# 实现串行，线程会一个一个的执行线程，一个线程执行完之后才会执行下一个线程
	p1.start()
	p1.join()

	p2.start()
	p2.join()

	p3.start()
	p3.join()

	end = time.time()

	"""
	程序运行的时间为6s多，主要是因为创建的三个子进程会同时启动
	会以时间最长的进程为基准，
	"""
	print("程序运行时间%s" %(end-start)) # 程序运行时间7.236638784408569

程序运行时间3.5375335216522217

程序运行时间7.236638784408569

#详细解析如下：
#进程只要start就会在开始运行了,所以p1-p4.start()时,系统中已经有四个并发的进程了
#而我们p1.join()是在等p1结束,没错p1只要不结束主线程就会一直卡在原地,这也是问题的关键
#join是让主线程等,而p1-p4仍然是并发执行的,p1.join的时候,其余p2,p3,p4仍然在运行,等#p1.join结束,可能p2,p3,p4早已经结束了,这样p2.join,p3.join.p4.join直接通过检测，无需等待
# 所以4个join花费的总时间仍然是耗费时间最长的那个进程运行的时间

4.6 多个进程同时运行

from multiprocessing import Process
import time
def task(x):
	print(f"{x}进程开始")

	time.sleep(x)
	print(f"{x}进程结束")

print('进程测试')

if __name__ == '__main__':
	start = time.time()
	p_list = []
	# 创建并启动线程
	for i in range(1,5):
		p = Process(target=task, args=(i, ))
		p.start()
		p_list.append(p)

	# 使用join方法
	for p in p_list:
		p.join()
	end = time.time()
	print("程序运行时间%s" %(end-start))

4.7 查看主进程和子进程的进程号

from multiprocessing import Process,current_process
import time
import os
def task():
	print("进程开始")
	time.sleep(0.2)
	# 在子进程查看自己的pid
	print(f'在子进程中查看自己的pid: {current_process().pid}')
    print(f'在子进程中查看自己的pid: {os.getpid()}')
	# 在子进程中查看父进程pid
	print(f'在子进程中查看父进程pid: {os.getppid()}')
	print("进程结束")
if __name__ == '__main__':
	p = Process(target=task)
	p.start()

	print(f"在主进程中查看子进程的pid：{p.pid}")
	print(f'主进程的pid: {os.getpid()}')

	print(f'主进程中父进程pid: {os.getppid()}')

	"""
	在window中的进程创建查看pid号他的顺序是从小到大排序,主线程pid大于子线程的pid
	os.getpid() 获取当前进程的pid
	os.getppid() 获取当前进程的父进程
	子进程对象.pid 获取当前进程的子进程的pid	
	"""

进阶，多个进程同时运行（注意，子进程的执行顺序不是根据启动顺序决定的）

4.8 process中常用的属性

from multiprocessing import Process,current_process
import time
import os
def task():
	print("进程开始")

	time.sleep(0.2)

	# 在子进程查看自己的pid
	print(f'在子进程中查看自己的pid: {current_process().pid}')
	
	print("进程结束")
if __name__ == '__main__':
	p = Process(target=task)
	p.start()
	# 1 查看进程的名称
	print(p.name)
	# 2 判断进程是否还存在
	print(p.is_alive())
	time.sleep(3)
	print(p.is_alive())

	# 3 告诉操作系统结束之后关闭所有进程
	p2 = Process(target=task)
	p2.start()
	p2.terminate()

	print("terminate: ", p2.is_alive())
	p2.join()
	print("terminate: ", p2.is_alive())

五、守护进程

会随着主进程的结束而结束。

主进程创建守护进程

　　其一：守护进程会在主进程代码执行结束后就终止

　　其二：守护进程内无法再开启子进程,否则抛出异常：AssertionError: daemonic processes are not allowed to have children

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。

5.1 守护进程的启动

import os
import time
from multiprocessing import Process

class Myprocess(Process):
    def __init__(self,person):
        super().__init__()
        self.person = person
    def run(self):
        print(os.getpid(),self.name)
        print('%s正在和女主播聊天' %self.person)


p=Myprocess('哪吒')
p.daemon=True # 一定要在p.start()前设置,设置p为守护进程,守护进程中禁止p创建子进程,并且父进程代码执行结束,p即终止运行
p.start()
time.sleep(10)  # 在sleep时查看进程id对应的进程ps -ef|grep id
print('主')

5.2主进程代码执行结束守护进程立即结束

from multiprocessing import Process

def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)
    print("end123")

def bar():
    print(456)
    time.sleep(3)
    print("end456")


p1=Process(target=foo)
p2=Process(target=bar)

p1.daemon=True
p1.start()
p2.start()
time.sleep(0.1)
print("main-------")  # 打印该行则主进程代码结束,则守护进程p1应该被终止.#可能会有p1任务执行的打印信息123,因为主进程打印main----时,p1也执行了,但是随即被终止

六、socket聊天并发实例

6.1 使用多进程是新socket聊天并发-server端

from socket import *
from multiprocessing import Process

server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
server.bind(('127.0.0.1',8080))
server.listen(5)

def talk(conn,client_addr):
    while True:
        try:
            # 注意在这里不能使用input进行交互信息，因为是在子进程中输入的，所以你输入不对
            msg=conn.recv(1024)
            if not msg:break
            conn.send(msg.upper())
        except Exception:
            break

if __name__ == '__main__': # windows下start进程一定要写到这下面
    while True:
        conn,client_addr=server.accept()
        p=Process(target=talk,args=(conn,client_addr))
        p.start()

6.1 使用多进程是新socket聊天并发-client端

import socket
client = socket.socket()

client.connect(("127.0.0.1", 8888))

while True:
    msg = input("请输入信息")
    if msg == 'q':
        break

    client.send(msg.encode('utf-8'))
    data = client.recv(1024)
    print(data)
    
    

import socket
client = socket.socket()

client.connect(("127.0.0.1", 8888))

while True:
    msg = input("请输入信息")
    if msg == 'q':
        break

    client.send(msg.encode('utf-8'))
    data = client.recv(1024)
    print(data)