Python 3 线程模型，进程模型记录

最近需要使用 python3 多线程处理大型数据，顺道探究了一下，python3 的线程模型的情况，下面进行简要记录；

多线程运行的优点：

• 使用线程可以把程序中占用时间较长的任务放到后台去处理；
• 用户界面可以更加吸引人，并且不阻塞界面的运行；
• 程序运行的速度可以更快；
• 充分利用CPU多核的特征进行处理；

内核线程：由操作系统内核创建和撤销；

用户线程：不需要内核支持在用户程序中实现的线程；

Python3 中的多线程：

• _thread 提供了一些原始的api 用于写多线程程序；
• threading 提供了更加便利的接口
• 两者都是python3内置的线程模块

#!/usr/bin/env python

import _thread

def print_time( threadName, delay):
    print (threadName)
    count = 0
    while 1:
        pass
        count += 1

try:
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-1", 1, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-2", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-3", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-4", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-5", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-6", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-7", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-8", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-9", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-10", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-11", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-12", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-13", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-14", 2, ) )
    _thread.start_new_thread( print_time, ("Thread-15", 2, ) )

except:
    print ("Error: can't start thread!")

while 1:
    pass

#!/usr/bin/env python3

import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread (threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter
    def run(self):
        print ("start" + self.name)
        print_time(self.name, self.counter, 5)
        print ("exit" + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        if exitFlag:
            threadName.exit()
        time.sleep(delay)
        print ("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1

thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()

print ("exit!")

python 的多线程 threading 有时候并不是特别理想. 最主要的原因是就是, Python 的设计上, 有一个必要的环节, 就是 Global Interpreter Lock (GIL). 这个东西让 Python 还是一次性只能处理一个东西:

尽管Python完全支持多线程编程， 但是解释器的C语言实现部分在完全并行执行时并不是线程安全的。 实际上，解释器被一个全局解释器锁保护着，它确保任何时候都只有一个Python线程执行。 GIL最大的问题就是Python的多线程程序并不能利用多核CPU的优势 （比如一个使用了多个线程的计算密集型程序只会在一个单CPU上面运行）; 如果要进行利用python的多进程形式，可以使用python的 multiprocessing 编程模型包；

GIL只会影响到那些严重依赖CPU的程序（比如计算型的）。 如果你的程序大部分只会涉及到I/O，比如网络交互，那么使用多线程就很合适， 因为它们大部分时间都在等待;

import threading
from queue import Queue
import copy
import time

def job(l, q):
    res = sum(l)
    q.put(res)

def multithreading(l):
    q = Queue()
    threads = []
    for i in range(4):
        t = threading.Thread(target=job, args=(copy.copy(l), q), name='T%i' % i)
        t.start()
        threads.append(t)
    [t.join() for t in threads]
    total = 0
    for _ in range(4):
        total += q.get()
    print(total)

def normal(l):
    total = sum(l)
    print(total)

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(1000000))
    s_t = time.time()
    normal(l*4)
    print('normal: ',time.time()-s_t)
    s_t = time.time()
    multithreading(l)
    print('multithreading: ', time.time()-s_t)

#!/usr/bin/env python

import multiprocessing as mp
import threading as td

def job(a,b):
    while 1:
        pass

t1 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t2 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t3 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t4 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t5 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t6 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t7 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t8 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t9 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t10 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t11 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t12 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t13 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t14 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t15 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
t16 = td.Thread(target=job,args=(1,2))
# p1 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p2 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p3 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p4 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p5 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p6 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p7 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p8 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p9 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p10 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p11 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p12 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p13 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p14 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p15 = mp.Process(target=job,args=(1,2))
# p16 = mp.Process(target=job,args=(1,2))

t1.start()
t2.start()
t3.start()
t4.start()
t5.start()
t6.start()
t7.start()
t8.start()
t9.start()
t10.start()
t11.start()
t12.start()
t13.start()
t14.start()
t15.start()
t16.start()
# p1.start()
# p2.start()
# p3.start()
# p4.start()
# p5.start()
# p6.start()
# p7.start()
# p8.start()
# p9.start()
# p10.start()
# p11.start()
# p12.start()
# p13.start()
# p14.start()
# p15.start()
# p16.start()
t1.join()
t2.join()
t3.join()
t4.join()
t5.join()
t6.join()
t7.join()
t8.join()
t9.join()
t10.join()
t11.join()
t12.join()
t13.join()
t14.join()
t15.join()
t16.join()
# p1.join()
# p2.join()
# p3.join()
# p4.join()
# p5.join()
# p6.join()
# p7.join()
# p8.join()
# p9.join()
# p10.join()
# p11.join()
# p12.join()
# p13.join()
# p14.join()
# p15.join()
# p16.join()

使用python multiprocess 包能够发挥多核CPU并行处理能力：

• multiprocess 接口和threading 使用的接口一样；

并发控制：

• 进程锁: mp.Lock(), mp.acquire(), mp.release()
• 线程锁: td.Lock(), td.acquire(), td.release() 
• python 为了提高可用性，保证了multiprocessing 和 threading 中，大多数接口使用都是相同的，较为方便；
• 多cpu之间，通过共享内存交流；mp.Value('i', 0)  
• 输出队列：mp.Queue() 而 线程之间可以共享内存，可以直接使用 from queue import Queue 来进行引入队列进行使用；

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参考链接：

https://morvanzhou.github.io/tutorials/python-basic/threading/5-GIL/ 

https://python3-cookbook.readthedocs.io/zh_CN/latest/c12/p09_dealing_with_gil_stop_worring_about_it.html  (Python Cookbook 3rd Edition Documentation)

https://morvanzhou.github.io/tutorials/python-basic/multiprocessing/2-add/