Python多进程、多线程、多协程的理解

首先我们来了解下python中的进程,线程以及协程!

从计算机硬件角度:

计算机的核心是CPU,承担了所有的计算任务。
一个CPU,在一个时间切片里只能运行一个程序。

从操作系统的角度:

进程和线程,都是一种CPU的执行单元。

进程:表示一个程序的上下文执行活动(打开、执行、保存...)

线程:进程执行程序时候的最小调度单位(执行a,执行b...)

一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。

并行 和 并发:


并行:多个CPU核心,不同的程序就分配给不同的CPU来运行。可以让多个程序同时执行。

cpu1 -------------
cpu2 -------------
cpu3 -------------
cpu4 -------------

并发:单个CPU核心,在一个时间切片里一次只能运行一个程序,如果需要运行多个程序,则串行执行。

cpu1  ----  ----

cpu1    ----  ----


多进程/多线程:
表示可以同时执行多个任务,进程和线程的调度是由操作系统自动完成。


进程:每个进程都有自己独立的内存空间,不同进程之间的内存空间不共享。
进程之间的通信有操作系统传递,导致通讯效率低,切换开销大。

线程:一个进程可以有多个线程,所有线程共享进程的内存空间,通讯效率高,切换开销小。

共享意味着竞争,导致数据不安全,为了保护内存空间的数据安全,引入"互斥锁"。

一个线程在访问内存空间的时候,其他线程不允许访问,必须等待之前的线程访问结束,才能使用这个内存空间。

互斥锁:一种安全有序的让多个线程访问内存空间的机制。

Python的多线程:

GIL 全局解释器锁:线程的执行权限,在Python的进程里只有一个GIL。

一个线程需要执行任务,必须获取GIL。

好处:直接杜绝了多个线程访问内存空间的安全问题。
坏处:Python的多线程不是真正多线程,不能充分利用多核CPU的资源。

但是,在I/O阻塞的时候,解释器会释放GIL。


所以:

多进程:密集CPU任务,需要充分使用多核CPU资源(服务器,大量的并行计算)的时候,用多进程。 multiprocessing
缺陷:多个进程之间通信成本高,切换开销大。


多线程:密集I/O任务(网络I/O,磁盘I/O,数据库I/O)使用多线程合适。
threading.Thread、multiprocessing.dummy
缺陷:同一个时间切片只能运行一个线程,不能做到高并行,但是可以做到高并发。


协程:又称微线程,在单线程上执行多个任务,用函数切换,开销极小。不通过操作系统调度,没有进程、线程的切换开销。genvent,monkey.patchall

多线程请求返回是无序的,那个线程有数据返回就处理那个线程,而协程返回的数据是有序的。

缺陷:单线程执行,处理密集CPU和本地磁盘IO的时候,性能较低。处理网络I/O性能还是比较高.

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