2017-07-30 19:44:25

什么叫“多任务”呢？简单地说，就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方，你一边在用浏览器上网，一边在听MP3，一边在用Word赶作业，这就是多任务，至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着，只是桌面上没有显示而已。

现在，多核CPU已经非常普及了，但是，即使过去的单核CPU，也可以执行多任务。由于CPU执行代码都是顺序执行的，那么，单核CPU是怎么执行多任务的呢？

答案就是操作系统轮流让各个任务交替执行，任务1执行0.01秒，切换到任务2，任务2执行0.01秒，再切换到任务3，执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看，每个任务都是交替执行的，但是，由于CPU的执行速度实在是太快了，我们感觉就像所有任务都在同时执行一样。

真正的并行执行多任务只能在多核CPU上实现，但是，由于任务数量远远多于CPU的核心数量，所以，操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。

对于操作系统来说，一个任务就是一个进程（Process），比如打开一个浏览器就是启动一个浏览器进程，打开一个记事本就启动了一个记事本进程，打开两个记事本就启动了两个记事本进程，打开一个Word就启动了一个Word进程。

有些进程还不止同时干一件事，比如Word，它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部，要同时干多件事，就需要同时运行多个“子任务”，我们把进程内的这些“子任务”称为线程（Thread）。

由于每个进程至少要干一件事，所以，一个进程至少有一个线程。当然，像Word这种复杂的进程可以有多个线程，多个线程可以同时执行，多线程的执行方式和多进程是一样的，也是由操作系统在多个线程之间快速切换，让每个线程都短暂地交替运行，看起来就像同时执行一样。当然，真正地同时执行多线程需要多核CPU才可能实现。

我们前面编写的所有的Python程序，都是执行单任务的进程，也就是只有一个线程。如果我们要同时执行多个任务怎么办？

有两种解决方案：

一种是启动多个进程，每个进程虽然只有一个线程，但多个进程可以一块执行多个任务。

还有一种方法是启动一个进程，在一个进程内启动多个线程，这样，多个线程也可以一块执行多个任务。

当然还有第三种方法，就是启动多个进程，每个进程再启动多个线程，这样同时执行的任务就更多了，当然这种模型更复杂，实际很少采用。

总结一下就是，多任务的实现有3种方式：

• 多进程模式；
• 多线程模式；
• 多进程+多线程模式。

同时执行多个任务通常各个任务之间并不是没有关联的，而是需要相互通信和协调，有时，任务1必须暂停等待任务2完成后才能继续执行，有时，任务3和任务4又不能同时执行，所以，多进程和多线程的程序的复杂度要远远高于我们前面写的单进程单线程的程序。

因为复杂度高，调试困难，所以，不是迫不得已，我们也不想编写多任务。但是，有很多时候，没有多任务还真不行。想想在电脑上看电影，就必须由一个线程播放视频，另一个线程播放音频，否则，单线程实现的话就只能先把视频播放完再播放音频，或者先把音频播放完再播放视频，这显然是不行的。

Python既支持多进程，又支持多线程。

线程是最小的执行单元，而进程由至少一个线程组成。如何调度进程和线程，完全由操作系统决定，程序自己不能决定什么时候执行，执行多长时间。

多进程和多线程的程序涉及到同步、数据共享的问题，编写起来更复杂。

 一、多进程

• 要实现跨平台的多进程，可以使用multiprocessing模块中的Process类
  

如果你打算编写多进程的服务程序，Unix/Linux无疑是正确的选择。由于Windows没有fork调用，难道在Windows上无法用Python编写多进程的程序？由于Python是跨平台的，自然也应该提供一个跨平台的多进程支持。multiprocessing模块就是跨平台版本的多进程模块。multiprocessing模块提供了一个Process类来代表一个进程对象。

• • 创建子进程时，只需要传入一个执行函数和函数的参数(元组类型)，创建一个Process实例。
  • start()方法启动，这样创建进程比fork()还要简单。
  • join()方法可以等待子进程结束后再继续往下运行，通常用于进程间的同步。

from multiprocessing import Process
import os

def runproc(name):
    print(‘This is child process-%s:%s‘ %(name,os.getpid()))


if __name__ == ‘__main__‘:
    print(‘Parent process name:%s‘ %os.getpid())
    p = Process(target=runproc,args=(‘child‘,))
    print(‘Child process will start‘)
    p.start()
    p.join()
    print(‘Child process is ended‘)
# Parent process name:3748
# Child process will start
# This is child process-child:8896
# Child process is ended

•  如果要启动大量的子进程，可以用进程池的方式批量创建子进程，使用Pool类

在使用Python进行系统管理时，特别是同时操作多个文件目录或者远程控制多台主机，并行操作可以节约大量的时间。如果操作的对象数目不大时，还可以直接使用Process类动态的生成多个进程，十几个还好，但是如果上百个甚至更多，那手动去限制进程数量就显得特别的繁琐，此时进程池就派上用场了。
Pool类可以提供指定数量的进程供用户调用，当有新的请求提交到Pool中时，如果池还没有满，就会创建一个新的进程来执行请求。如果池满，请求就会告知先等待，直到池中有进程结束，才会创建新的进程来执行这些请求。

• • Pool(n) : 表示最多同时执行多少子进程
  • apply_async(func[, args=()[, kwds={}[, callback=None]]]) : 它是非阻塞且支持结果返回进行回调
  • close() : 关闭进程池，使其不再接受新的任务
  • terminate() : 结束工作进程，不在处理未处理的任务
  • join() : 主进程阻塞，等待子进程的完成。join()方法必须在close()方法或者terminate()方法之后使用。

from multiprocessing import Pool
import os, time, random

def long_time_task(name):
    print(‘Run task %s (%s)...‘ % (name, os.getpid()))
    start = time.time()
    time.sleep(random.random() * 3)
    end = time.time()
    print(‘My Parent PID is: %s‘ %os.getppid())
    print(‘Task %s runs %0.2f seconds.‘ % (name, (end - start)))

if __name__==‘__main__‘:
    print(‘Parent process PID: %s.‘ % os.getpid())
    p = Pool(4)
    for i in range(5):
        p.apply_async(long_time_task, args=(i,))
        print(‘time: ‘,time.time())
    print(‘Waiting for all subprocesses done...‘)
    print(‘Parent time: ‘,time.time())
    p.close()
    p.join()
    print(‘All subprocesses done.‘)
    
# Parent process PID: 23444.
# time:  1501498489.5833461
# time:  1501498489.5833461
# time:  1501498489.5833461
# time:  1501498489.5833461
# time:  1501498489.5833461
# Waiting for all subprocesses done...
# Parent time:  1501498489.5843477
# Run task 0 (18564)...
# Run task 1 (23532)...
# Run task 2 (22656)...
# Run task 3 (23540)...
# My Parent PID is: 23444
# Task 2 runs 0.24 seconds.
# Run task 4 (22656)...
# My Parent PID is: 23444
# Task 4 runs 0.50 seconds.
# My Parent PID is: 23444
# Task 1 runs 1.26 seconds.
# My Parent PID is: 23444
# Task 0 runs 2.30 seconds.
# My Parent PID is: 23444
# Task 3 runs 2.60 seconds.
# All subprocesses done.

一个进程创建子进程之后，进程与产生的进程之间的关系是父子关系，分别成为进程和子进程。子进程一经产生就与你进程并发执行，子进程共享父进程和子进程。子进程一经产生就与你进程并发执行，子进程共享父进程的正文段和已经打开的文件。父进程和子进程的先后顺序由系统调度。这也就是为什么先打印for循环外面的量的原因。Pool(n)是生成一个至多n个子进程并发的进程池，如果这里改成3的话，那么只会允许前三个task 先执行，执行完了才执行后面的。

Python 进程与线程