python基础：多进程、多线程

一、定义和区别

1、一个任务就是一个进程，进程就是资源的集合。比如打开浏览器，启动一个进程。当一个进程需要干很多事的时候，就需要执行多个子任务，这些子任务就是线程。

2、线程是包含在进程中的，每个进程至少有一个默认的线程（主线程），可以有多个线程

3、进程默认有个主线程。而其他子线程则是由主线程启动的。

4、通过线程运行的函数无法return值，如果需要函数返回值，需要专门定义一个list或者字典等来接收

5、多线程运行，一般电脑cpu有几核，就可以同时运行几个线程。但是python中，多线程只能运行一个cpu内核。

 因为python中有一个GIL全局解释器，运行python时必须要拿到这把锁才可以执行。遇到I/O操作才会释放。锁只有一把，所以同一时刻也只会有一个线程运行一个cpu内核。那么再写代码运行的时候，为什么有时候多线程看起来确实实在并发，而且比单线程快？？请看文章最后

6、多个线程同时修改一个数据时，可能会把数据覆盖。在python2中需要手动加一把锁。但是在python3中会自动加锁

二、多线程

多线程需要引入threading模块：import threading

1、多线程的操作举例：

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def run():
    time.sleep(3)
    print('哈哈哈')


for i in range(5):
    t=threading.Thread(target=run)#开启一个线程，用target参数指定要运行的函数，target后跟函数名，不加括号。
    t.start()#启动线程

运行结果：

从上面的运行结果可以看出。5个线程是同时运行的。

当线程运行的函数需要传递参数时，使用如下：

import threading,time
def run(str):
    time.sleep(3)
    print('哈哈哈%s:%s'%(time.time(),str))


for i in range(5):
    t=threading.Thread(target=run,args=(5,))#用args传递参数。注意的是如果参数只有1个，必须加逗号
    t.start()

运行结果：

2、线程等待

比如我们来计算多线程执行的时间，代码如下

import threading,time
def run():
    time.sleep(3)
    print('哈哈哈哈')
start_time=time.time()#记录开始时间
for i in range(5):
    t=threading.Thread(target=run)
    t.start()
end_time=time.time()#记录结束时间
print('run_time...',end_time-start_time)#结束时间-开始时间得到运行时间

运行结果：

可以看到，运行时间非常小，这肯定是不正确的。毕竟每个线程运行前都有个time.sleep(3)等待3秒，那么多线程运行的时间必定至少得有3秒。那么上述问题在哪里呢？这就关系到我们最开始说的那个默认主线程了。整个python代码运行时是一个进程，默认的有一个主线程。我们开启的5个线程都是由主线程启动的。当主线程把5个子线程自动以后，它就自动往下运行，执行end_time=time.time()了。而不管子线程的运行是否结束。所以最终这个时间计算的是主线程运行的时间。而不是所有线程执行完的时间。

如果想要计算多线程运行时间，那么就要使用线程等待。让主线程等，等到子线程都运行完了以后，再统计结束时间。。线程等待用join().代码修改如下：

import threading,time
def run():
    time.sleep(3)
    print('哈哈哈哈')

start_time=time.time()
threads=[]#存放启动的五个线程
for i in range(5):
    t=threading.Thread(target=run)
    t.start()
    threads.append(t)#把每个线程都加入到list中保存起来

print('threads,,,,',threads)#可以查看list中保存的5个线程
for t in threads:#主线程循环等待五个子线程
    t.join()#等待线程执行结束....虽然是循环挨个等待，但是每个线程都是同时进行的，可能当你等第一个的时候，第二个线程都已经执行完了
    #在循环第二个的时候，不用等了直接跳第三个。如果第三四个都执行完了，相当于只等待了第一个执行结束的时间。
#等全部结束了，然后会接着执行下面代码

end_time=time.time()#这个时间就是所有子线程运行结束的时间
print('run_time...',end_time-start_time)

运行结果：

3、守护线程

只要主线程结束，那么子线程立即结束。不管子线程有没有运行完。守护线程的定义：t.setDaemon(True)

示例：

import threading,time
def run():
    time.sleep(3)
    print('哈哈哈')
for i in range(50):
    t=threading.Thread(target=run)
    t.setDaemon(True)#把子线程设置成为守护线程，当主线程死了，守护线程也死
    t.start()

print('done....运行完毕')

运行结果：

可以看到，并没有打印‘哈哈哈’。这是因为，主线程启动50个线程，然后这50个线程执行run函数的时候，都要必须先time.sleep(3)后才会执行print('哈哈哈')’。但是主线程是继续执行的，很快主线程就执行完了，打印‘done....运行完毕’.因为子线程是主线程的守护线程，所以主线程执行完以后，子线程还没来得及打印就跟着主线程一块死了

4、简单的爬虫示例

爬虫就是抓取网页的数据，保存到本地。然后可以对这些数据进行分析。做其他操作

需求：抓取网页数据，并保存到本地为html格式
urls={'11':'http://www.11.cn',
      '22':'http://www.22.cn',
      '33':'http://www.33.cn',
      '44':'http://www.44.cn'}#爬虫的网址
dic={}#获取每个网址下载并保存的时间
import requests,time

def down_html(filename,url):
    start_time=time.time()
    req=requests.get(url).content#打开url，  .content表示获取url内容返回文件为二进制格式。
    open(filename+'.html','wb').write(req)#将抓取到的数据写入一个新的html文件中
    end_time=time.time()
    print(end_time-start_time,url)
    dic[url]=end_time-start_time#用一个字典获取结果

#并行
threads=[]
start_time=time.time()
for k,v in urls.items():#循环5次，5个线程启动，

    t=threading.Thread(target=down_html,args=(k,v))#多线程传参必须用args传参。target的值是函数名，不加括号
                                             #args如果只有一个参数，必须加一个逗号
    t.start()
    threads.append(t)

for t in threads:#循环等待子线程运行完
    t.join()

end_time=time.time()
run_time=end_time-start_time
print('下载总共花了%s时间'%run_time)

三、多进程

多进程要引入multiprocessing模块，import multiprocessing

示例：

import multiprocessing,threading
def my():
    print('哈哈哈哈')
def run(num):

    for i in range(num):
        t=threading.Thread(target=my)
        t.start()

if __name__=='__main__':#多进程必须写这个
    for p in range(5):
        p=multiprocessing.Process(target=run,args=(6,))#进程,args如果只有一个参数，必须加一个逗号
        p.start()

四、线程锁

当多个线程需要修改同一个数据时，需要加上线程锁，防止数据被乱改。python2中需要加，python3中不需要。会自动给加

定义一个锁：lock=threading.Lock()

在操作的代码前加锁：lock.aquire()

在操作代码后解锁：lock.release()

示例：

import threading,time
num=1
lock=threading.Lock()
def run():
    time.sleep(1)
    global num
    lock.acqurie()#加锁，python3中不加也可以，会默认加
    num+=1
    lock.release()#解锁
ts=[]
for i in range(50):
    t=threading.Thread(target=run)
    t.start()
    ts.append(t)
[t.join() for t in ts]#列表生成式，循环等待所有线程结束
print(num)

五、为什么python的多线程不能利用多核CPU，但是咱们在写代码的时候，多线程的确是在并发，而且还比单线程快

原因：因为GIL，python只有一个GIL，运行python时，就要拿到这个锁才能执行，在遇到I/O 操作时会释放这把锁。
如果是纯计算的程序，没有 I/O 操作，解释器会每隔100次操作就释放这把锁，让别的线程有机会 执行（这个次数可以通sys.setcheckinterval
来调整）同一时间只会有一个获得GIL线程在跑，其他线程都处于等待状态
1、如果是CPU密集型代码（循环、计算等），由于计算工作量多和大，计算很快就会达到100，然后触发GIL的释放与在竞争，多个线程来回切换损耗资源，
所以在多线程遇到CPU密集型代码时，单线程会比较快
2、如果是I\O密集型代码（文件处理、网络爬虫），开启多线程实际上是并发（不是并行），IO操作会进行IO等待，线程A等待时，自动切换到线程B，
这样就提升了效率

总结：cpu密集型，单线程快；i/o密集型，多线程快