Python进程间通信和进程池

2021-02-26 14:51:25 浏览数 (3)

Python实现多进程是通过multiprocessing模块来实现的。

参考:Python使用multiprocessing实现多进程

在使用多进程时,有时候在多个进程之间需要传递数据。

一、使用Queue实现进程间通信

可以使用multiprocessing模块的Queue实现多个进程之间的数据传递。Queue本身是一个消息列队程序。

代码语言:javascript复制
from multiprocessing import Process, Queue
import time
 
 
def put_card(queue):
    """往队列中添加数据"""
    for card in ['A', 'K', 'Q', 'J', '10']:
        print('Put {} to queue...'.format(card))
        queue.put(card)
        time.sleep(1)
 
 
def get_card(queue):
    """从队列中取出数据"""
    while True:
        if not queue.empty():
            card = queue.get(True)
            print('Get {} from queue.'.format(card))
            time.sleep(1)
        else:
            break
 
 
if __name__ == "__main__":
    q = Queue()
    pp = Process(target=put_card, args=(q,))
    pg = Process(target=get_card, args=(q,))
    pp.start()
 
    pg.start()
    pg.join()
    print(pg.is_alive())

运行结果:

代码语言:javascript复制
Put A to queue...
Get A from queue.
Put K to queue...
Get K from queue.
Put Q to queue...
Get Q from queue.
Put J to queue...
Get J from queue.
Put 10 to queue...
Get 10 from queue.
False

上面的代码中,在父进程中创建两个子进程,一个往Queue里添加数据,一个从Queue里读取数据。

创建了一个Queue对象q,创建了两个Process对象pp和pg,两个子进程分别执行put_card函数和get_card函数,pp进程往q队列中添加数据,pg进程从q队列中获取数据。这样,就实现了两个进程之间的数据传递,即队列间的通信。

注意,pp进程需要在pg进程之前执行,需要先添加后获取,顺序不能错,否则不能实现数据的传递。

二、Queue语法结构和常用方法

Queue([maxsize])

maxsize:指定队列的长度,即队列中消息的最大数量

初始化Queue对象时,若括号中没有指定最大可接收的消息数量,或数量为负值,那么就代表可接受的消息数量没有上限(直到内存的尽头);

Queue的常用方法:

1.qsize():返回当前队列包含的消息数量,即当前队列中有多少条数据

2.empty():如果队列为空,返回True,反之False

3.full():如果队列满了,返回True,反之False

4.get([block[, timeout]]):获取队列中的一条消息,然后将其从列队中移除,block默认值为True

如果block使用默认值,且没有设置timeout(单位秒),列队为空,此时程序将被阻塞(停在读取状态),直到从列队读到消息为止。如果设置了timeout,列队为空,则会等待timeout秒,若还没读取到任何消息,抛出"Queue.Empty"异常。

如果block值为False,消息如果为空,则会立刻抛出 "Queue.Empty"异常。

5.get_nowait():相当于Queue.get(False)

6.Queue.put(item,[block[, timeout]]):将item消息写入队列,block默认值为True

如果block使用默认值,且没有设置timeout(单位秒),列队已满,此时程序将被阻塞(停在写入状态),直到列队腾出空间为止,将数据写入。如果设置了timeout,列队已满,则会等待timeout秒,若还没空间,抛出"Queue.Full"异常。

如果block值为False,消息列队如果没有空间可写入,则会立刻抛出"Queue.Full"异常。

7.Queue.put_nowait(item):相当于Queue.put(item, False)

三、使用Pool实现进程池

当需要创建的子进程数量不多时,可以直接利用multiprocessing中的Process创建进程,但如果是上百甚至上千个进程,一个一个的创建工作量巨大,且容易出错,此时就可以用到multiprocessing模块提供的Pool方法。

代码语言:javascript复制
from multiprocessing import Pool
import os
import time
 
 
def task(num):
    print("Sub process {} start, process id is {}".format(num, os.getpid()))
    time.sleep(1)
    print("Sub process {} end".format(num))
 
 
if __name__ == '__main__':
 
    po = Pool(3)
    for i in range(10):
        po.apply_async(task, (i   1,))
 
    po.close()
    po.join()

运行结果:

代码语言:javascript复制
Sub process 1 start, process id is 14348
Sub process 2 start, process id is 11676
Sub process 3 start, process id is 8096
Sub process 1 end
Sub process 4 start, process id is 14348
Sub process 2 end
Sub process 5 start, process id is 11676
Sub process 3 end
Sub process 6 start, process id is 8096
Sub process 4 end
Sub process 7 start, process id is 14348
Sub process 5 end
Sub process 8 start, process id is 11676
Sub process 6 end
Sub process 9 start, process id is 8096
Sub process 7 end
Sub process 10 start, process id is 14348
Sub process 8 end
Sub process 9 end
Sub process 10 end

初始化Pool时,可以指定一个最大进程数,当有新的请求提交到Pool中时,如果池还没有满,那么就会创建一个新的进程用来执行该请求;但如果池中的进程数已经达到指定的最大值,那么该请求就会等待,直到池中有进程结束,才会用之前的进程来执行新的任务。

在上面的代码中,我们指定进程池的最大进程数量为3,我们需要创建的进程数量是10个,当进程数不到三个时,直接创建。因为我们设置的是每个进程运行时间一样,所以第一个进程结束后才会去创建第四个,第二个结束后才会去创建第五个,并且,进程4的id与进程1的相同,进程5的id与进程2的相同,以此类推。

apply_async中的第一个参数是进程要执行的函数的引用,这是一个必传的位置参数,第二个参数是执行函数所需要的参数,是一个元组。

进程池中创建的进程,一旦创建就会自动执行,不需要使用start()方法来手动开始。

进程池使用完后需要使用close()方法关闭进程池。

主进程需要使用join()阻塞,保证所有子进程都执行完。

四、Pool常用方法

Pool([maxsize])

maxsize:指定进程池的大小,即进程池中进程的最大数量

如果不设置数字,会自动根据系统的CPU核数来创建进程数量。这个数量要设置适合,如果太大,会占用太多系统资源,且创建进程池的时间会很慢。如果是负数,则代码报错。

Pool常用方法:

1.apply_async(func[, args[, kwds]]) :使用非阻塞方式调用func(并行执行,堵塞方式必须等待上一个进程退出才能执行下一个进程)

func:子进程需要执行的函数,传入一个函数的引用,这里是位置参数

args:传递给func的参数,以元组的方式传递

kwds:传递给func的关键字参数列表,以字典的方式传递

2.close():关闭Pool,使其不再接受新的任务

3.terminate():不管任务是否完成,立即终止

4.join():主进程阻塞,等所有待子进程的退出, 必须在close或terminate之后使用

五、进程池中的Queue

如果要使用Pool创建进程,需要使用multiprocessing.Manager()中的Queue(),而不是multiprocessing.Queue(),否则程序会直接终止。

代码语言:javascript复制
from multiprocessing import Pool, Manager
import time
 
 
def put_card(queue):
    """往队列中添加数据"""
    for card in ['A', 'K', 'Q', 'J', '10']:
        print('Put {} to queue...'.format(card))
        queue.put(card)
        time.sleep(1)
 
 
def get_card(queue):
    """从队列中取出数据"""
    while True:
        if not queue.empty():
            card = queue.get(True)
            print('Get {} from queue.'.format(card))
            time.sleep(1)
        else:
            break
 
 
if __name__ == "__main__":
    # q = Queue() 程序会直接终止
    q = Manager().Queue()
    p = Pool()
    p.apply_async(put_card, args=(q,))
    p.apply_async(get_card, args=(q,))
 
    p.close()
    p.join()

运行结果:

代码语言:javascript复制
Put A to queue...
Get A from queue.
Put K to queue...
Get K from queue.
Put Q to queue...
Get Q from queue.
Put J to queue...
Get J from queue.
Put 10 to queue...
Get 10 from queue.

上面的代码中,进程是通过Pool创建的,不是通过Process创建的,这时候如果需要进行进程间的通信,则要使用 Manager().Queue()。

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