02- python进程中的数据交互（Windows系统）

要点：

• multiprocessing 进程间信息交互

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一 方法汇总

在 Python 进程中，有几种方法可以实现数据交互：

1. 共享内存：这是一种用于进程间通信的高效方式。多个进程可以访问同一个共享内存区域，并在其中读取和写入数据。

2. 管道（Pipe）：这是一种用于进程间通信的基本方式。管道可以在两个进程之间传递数据。一个进程将数据写入管道，另一个进程从管道中读取数据。

3. 队列（Queue）：队列也是一种进程间通信的方式。一个进程将数据放入队列，另一个进程从队列中获取数据。

4. 套接字（Socket）：套接字是一种用于网络通信的方式，但它们也可以在同一台计算机上进行进程间通信。每个套接字都有一个唯一的地址，进程可以使用这个地址来发送和接收数据。

5. 文件：进程可以使用文件作为数据交换的方式。一个进程将数据写入文件，另一个进程从文件中读取数据。

二 实际举例

2.1 共享内存

使用 multiprocessing.Value 可以创建进程间共享的变量，下面是一个例子，创建了一个类型为整数（'i'）的共享内存变量 value，然后启动 10 个进程去调用 func 函数，该函数会将 value 的值加 1。最后输出 value 的值，应该是 10：

import multiprocessing

def func(value):
    value.value += 1

if __name__ == '__main__':
    value = multiprocessing.Value('i', 0)
    processes = [multiprocessing.Process(target=func, args=(value,)) for _ in range(10)]
    for process in processes:
        process.start()
    for process in processes:
        process.join()
    print(value.value) # 输出 10

2.2 管道

使用 multiprocessing.Pipe 可以创建一个管道，两个进程可以通过这个管道互相传递数据，下面是一个例子，创建了一个管道，其中 parent_conn 是父进程持有的端口，child_conn 是子进程持有的端口。然后启动两个进程，分别调用 sender 和 receiver 函数。sender 函数发送一条消息到管道中，receiver 函数从管道中接收消息并打印出来：

import multiprocessing

def sender(conn):
    conn.send('Hello, receiver')

def receiver(conn):
    message = conn.recv()
    print(message)

if __name__ == '__main__':
    parent_conn, child_conn = multiprocessing.Pipe()
    p1 = multiprocessing.Process(target=sender, args=(parent_conn,))
    p2 = multiprocessing.Process(target=receiver, args=(child_conn,))
    p1.start()
    p2.start()
    p1.join()
    p2.join()

2.3 队列

使用 multiprocessing.Queue 可以创建一个进程间共享的队列，多个进程可以通过这个队列互相传递数据，下面是一个例子，创建了一个进程间共享的队列 q，然后启动了四个进程去调用 worker 函数，该函数会从队列中获取数据并打印出来。主进程向队列中发送 10 个数值，每个进程都会从队列中获取数据并进行处理。当主进程发送完所有内容后，向队列中发送 N 个 None 值（N 等于进程数量），以通知各进程退出：

import multiprocessing

def worker(q):
    while True:
        item = q.get()
        if item is None:
            break
        print(item)

if __name__ == '__main__':
    q = multiprocessing.Queue()
    processes = [multiprocessing.Process(target=worker, args=(q,)) for _ in range(4)]
    for process in processes:
        process.start()
    for i in range(10):
        q.put(i)
    for _ in range(len(processes)):
        q.put(None)
    for process in processes:
        process.join()

2.4 套接字

使用 Python 的 socket 模块可以创建套接字，进而实现网络通信和进程间通信。下面是一个简单的例子，创建了一个服务器进程和一个客户端进程。服务器进程监听本机的 8888 端口，接收客户端发来的数据并打印出来；客户端进程连接服务器的 8888 端口，并向服务器发送一条消息。运行上述代码后，可以看到服务器进程收到客户端发送的消息并打印出来：

import socket

def server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))
    server_socket.listen(1)
    conn, addr = server_socket.accept()
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        if not data:
            break
        print(data.decode())
    conn.close()
    server_socket.close()

def client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client_socket.connect(('127.0.0.1', 8888))
    client_socket.sendall(b'Hello, server')
    client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    import multiprocessing
    
    server_process = multiprocessing.Process(target=server)
    client_process = multiprocessing.Process(target=client)
    
    server_process.start()
    client_process.start()
    
    server_process.join()
    client_process.join()

2.5 文件

在 Python 中使用文件进行进程间通信也是比较常见的方式。下面是一个例子，创建了一个文件 test.txt，该文件包含了三行文本。然后启动两个进程去调用 worker 函数，该函数会读取文件内容并打印出来。当两个进程都完成任务后，主进程结束。运行上述代码后，可以看到两个进程分别打印了 test.txt 文件的内容：

import multiprocessing

def worker(file):
    with open(file, 'r') as f:
        for line in f:
            print(line.rstrip())

if __name__ == '__main__':
    filename = 'test.txt'
    with open(filename, 'w') as f:
        f.write('Line 1\n')
        f.write('Line 2\n')
        f.write('Line 3\n')
    processes = [multiprocessing.Process(target=worker, args=(filename,)) for _ in range(2)]
    for process in processes:
        process.start()
    for process in processes:
        process.join()

三 python子进程传数据到主进程的方式

Python中有多种方式可以让子进程传递数据给主进程。这里我列举其中三种比较常用的方式：

• 使用队列（Queue）：队列是多进程编程中常用的通信工具，可以在多个进程之间传递消息。在主进程中初始化一个队列对象，然后将其作为参数传递给子进程，在子进程中使用put()方法向队列中添加数据，主进程可以使用get()方法获取数据。

下面是一个使用队列实现子进程传递数据给主进程的例子：

import multiprocessing as mp

def func(queue):
    # 子进程向队列中添加数据
    queue.put("hello from child process")

if __name__ == '__main__':
    # 初始化一个队列
    queue = mp.Queue()
    
    # 创建一个子进程并将队列作为参数传递给它
    p = mp.Process(target=func, args=(queue,))
    p.start()
    
    # 主进程从队列中获取数据
    data = queue.get()
    print(data)

• 使用管道（Pipe）：管道也可以在多个进程之间传递消息，不同于队列的是它只支持两个进程之间的通信。在主进程中创建一个管道，然后将其作为参数传递给子进程，在子进程中使用send()方法向管道中发送数据，主进程可以使用recv()方法接收数据。

下面是一个使用管道实现子进程传递数据给主进程的例子：

import multiprocessing as mp

def func(pipe):
    # 子进程向管道中发送数据
    pipe.send("hello from child process")

if __name__ == '__main__':
    # 创建一个管道
    parent_conn, child_conn = mp.Pipe()
    
    # 创建一个子进程并将管道作为参数传递给它
    p = mp.Process(target=func, args=(child_conn,))
    p.start()
    
    # 主进程从管道中接收数据
    data = parent_conn.recv()
    print(data)

• 使用共享内存（Value和Array）：共享内存可以让多个进程之间共享同一块内存区域，这样就可以避免进程之间频繁地复制数据。在主进程中使用Value或Array创建一个共享内存对象，然后将其作为参数传递给子进程，在子进程中可以直接修改共享内存对象中的值，主进程也可以直接读取共享内存对象中的值。

下面是一个使用共享内存实现子进程传递数据给主进程的例子：

import multiprocessing as mp

def func(val):
    # 子进程修改共享内存对象中的值
    val.value = 123

if __name__ == '__main__':
    # 创建一个共享内存对象
    val = mp.Value('i', 0)
    
    # 创建一个子进程并将共享内存对象作为参数传递给它
    p = mp.Process(target=func, args=(val,))
    p.start()
    
    # 主进程读取共享内存对象中的值
    print(val.value)