python打开一个软件并进行操作_python程序中的进程操作

之前我们已经了解了很多进程相关的理论知识，了解进程是什么应该不再困难了，刚刚我们已经了解了，运行中的程序就是一个进程。所有的进程都是通过它的父进程来创建的。因此，运行起来的python程序也是一个进程，那么我们也可以在程序中再创建进程。多个进程可以实现并发效果，也就是说，当我们的程序中存在多个进程的时候，在某些时候，就会让程序的执行速度变快。以我们之前所学的知识，并不能实现创建进程这个功能，所以我们就需要借助python中强大的模块。

multiprocess模块

仔细说来，multiprocess不是一个模块而是python中一个操作、管理进程的包。之所以叫multi是取自m ultiple的多功能的意思,在这个包中几乎包含了和进程有关的所有子模块。由于提供的子模块非常多，为了方便大家归类记忆，我将这部分大致分为四个部分：创建进程部分，进程同步部分，进程池部分，进程之间数据共享。

一、multiprocess.process模块

process模块介绍

process模块是一个创建进程的模块，借助这个模块，就可以完成进程的创建。

Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])，由该类实例化得到的对象，表示一个子进程中的任务（尚未启动）

强调：1. 需要使用关键字的方式来指定参数2. args指定的为传给target函数的位置参数，是一个元组形式，必须有逗号

参数介绍：1group参数未使用，值始终为None2target表示调用对象，即子进程要执行的任务3 args表示调用对象的位置参数元组，args=(1,2,'egon',)4 kwargs表示调用对象的字典,kwargs={'name':'egon','age':18}5 name为子进程的名称

方法介绍

1p.start()：启动进程，并调用该子进程中的p.run()2p.run():进程启动时运行的方法，正是它去调用target指定的函数，我们自定义类的类中一定要实现该方法3p.terminate():强制终止进程p，不会进行任何清理操作，如果p创建了子进程，该子进程就成了僵尸进程，使用该方法需要特别小心这种情况。如果p还保存了一个锁那么也将不会被释放，进而导致死锁4p.is_alive():如果p仍然运行，返回True5 p.join([timeout]):主线程等待p终止（强调：是主线程处于等的状态，而p是处于运行的状态）。timeout是可选的超时时间，需要强调的是，p.join只能join住start开启的进程，而不能join住run开启的进程

属性介绍

1p.daemon：默认值为False，如果设为True，代表p为后台运行的守护进程，当p的父进程终止时，p也随之终止，并且设定为True后，p不能创建自己的新进程，必须在p.start()之前设置2p.name:进程的名称3p.pid：进程的pid4p.exitcode:进程在运行时为None、如果为–N，表示被信号N结束(了解即可)5 p.authkey:进程的身份验证键,默认是由os.urandom()随机生成的32字符的字符串。这个键的用途是为涉及网络连接的底层进程间通信提供安全性，这类连接只有在具有相同的身份验证键时才能成功（了解即可）

在windows中使用process模块的注意事项

在Windows操作系统中由于没有fork(linux操作系统中创建进程的机制)，在创建子进程的时候会自动 import 启动它的这个文件，而在 import 的时候又执行了整个文件。因此如果将process()直接写在文件中就会无限递归创建子进程报错。所以必须把创建子进程的部分使用if __name__ ==‘__main__’ 判断保护起来，import 的时候，就不会递归运行了。

windows操作系统下创建进程

#encoding=utf-8#auther：lsj#进程的第一种方式

from multiprocessing importProcessimporttimedeftask(name):print('%s is running'%name)

time.sleep(3)print('%s is over' %name)#windows系统下

if __name__ == '__main__':#创建进程的代码

#1、创建一个对象

p = Process(target=task,args=('lsj',))#2、开启进程

p.start() #告诉操作系统帮你创建一个进程：异步展示

print('主')

#encoding=utf-8#auther：lsj#进程的第二种方式类的继承

from multiprocessing importProcessimporttimeclassMyProcess(Process):defrun(self):print('hello bf girl')

time.sleep(1)print('get out!!')if __name__ == '__main__':

p=MyProcess()

p.start()print('主')

总结：

创建进程就是在内存中申请一块内存空间将需要运行的代码丢进去。

一个进程对应在内存中就是一块独立的内存空间。

多个进程对应在内存中就是多块独立的内存空间。

进程与进程之间数据默认情况下是无法直接交互，如过想交互可以借助第三方工具或者模块

二、使用process模块创建进程

在一个python进程中开启子进程，start方法和并发效果。

importtimefrom multiprocessing importProcessdeff(name):print('hello', name)print('我是子进程')if __name__ == '__main__':

p= Process(target=f, args=('lsj',))

p.start()

time.sleep(1)print('执行主进程的内容了')

importtimefrom multiprocessing importProcessdeff(name):print('hello', name)

time.sleep(1)print('我是子进程')if __name__ == '__main__':

p= Process(target=f, args=('bob',))

p.start()#p.join() # 主进程等待子进程p运行结束之后再继续往后执行

print('我是父进程')

importosfrom multiprocessing importProcessdeff(x):print('子进程id ：',os.getpid(),'父进程id ：',os.getppid())return x*xif __name__ == '__main__':print('主进程id ：', os.getpid())

p_lst=[]for i in range(5):

p= Process(target=f, args=(i,))

p.start()

进阶，多个进程同时运行（注意，子进程的执行顺序不是根据启动顺序决定的）

importtimefrom multiprocessing importProcessdeff(name):print('hello', name)

time.sleep(1)if __name__ == '__main__':

p_lst=[]for i in range(5):

p= Process(target=f, args=('bob',))

p.start()

p_lst.append(p)

importtimefrom multiprocessing importProcessdeff(name):print('hello', name)

time.sleep(1)if __name__ == '__main__':

p_lst=[]for i in range(5):

p= Process(target=f, args=('bob',))

p.start()

p_lst.append(p)

p.join()#[p.join() for p in p_lst]

print('父进程在执行')

importtimefrom multiprocessing importProcessdeff(name):print('hello', name)

time.sleep(1)if __name__ == '__main__':

p_lst=[]for i in range(5):

p= Process(target=f, args=('bob',))

p.start()

p_lst.append(p)#[p.join() for p in p_lst]

print('父进程在执行')

除了上面这些开启进程的方法，还有一种以继承Process类的形式开启进程的方式

importosfrom multiprocessing importProcessclassMyProcess(Process):def __init__(self,name):

super().__init__()

self.name=namedefrun(self):print(os.getpid())print('%s 正在和女主播聊天' %self.name)

p1=MyProcess('wupeiqi')

p2=MyProcess('yuanhao')

p3=MyProcess('nezha')

p1.start()#start会自动调用run

p2.start()#p2.run()

p3.start()

p1.join()

p2.join()

p3.join()print('主线程')

进程之间的数据隔离问题（默认情况下进程间数据是相互隔离的）

from multiprocessing importProcessdefwork():globaln

n=0print('子进程内:',n)if __name__ == '__main__':

n= 100p=Process(target=work)

p.start()print('主进程内:',n)

三、进程对象

一台计算机上面运行着很多进程，那么计算机时如何区分并管理这些进程服务端的呢？

计算机会给每一个运行的进程分配一个PID号（pid号也叫做进程号）

如何查看pid？

1、windows电脑

进入cmd输入tasklist命令，即可查看所有的服务以及对应的pid号。

tasklist | findstr PID查看具体的进程

2、mac电脑

进入终端之后输入ps aux命令。

ps aux | grep PID查看具体的进程。

current_process：查看当前进程。

current_process().pid：查看当前进程号。

os.getpid():查看当前进程号

os.getppid():查看当前进程的父进程号

#encoding=utf-8#auther：lsj#进程对象

from multiprocessing importProcess,current_processimporttimedeftask():print('%s is running'%current_process().pid) #查看当前进程的进程号

time.sleep(30)if __name__ == '__main__':

p= Process(target=task,args=())

p.start()

#print('主'，current_process().pid)

print('主',current_process().pid)

运行结果：

D:\Python38\python.exe D:/day039/day039_03进程对象及其他方法.py

主 86413760 is running

p.terminate() # 杀死当前进程

is_alive() # 判断当前进程是否存活

一般情况下，我们会默认将存储bool值的变量名和返回的结果是bool值的方法名都起成'is_'开头

#encoding=utf-8#auther：lsj#进程对象

from multiprocessing importProcess,current_processimporttimeimportosdeftask():print('%s is running'%os.getpid()) #查看当前进程的进程号

time.sleep(3)if __name__ == '__main__':

p= Process(target=task,args=())

p.start()

p.terminate()#杀死当前进程，告诉操作系统帮你去杀死当前进程，需要一定的时间，而代码的运行速度极快，所以后面要给点时间

time.sleep(0.1) #如果不加时间，最后的运行结果是True

print(p.is_alive()) #判断当前进程是否存活

print('主')

运行结果：

D:\Python38\python.exe D:/day039/day039_03_01进程对象及其他方法.py

False

主

四、僵尸进程（了解）

僵尸进程：

什么是僵尸：死了但没有死透。

僵尸进程：当你开设了子进程之后，该进程死后不会立即释放占用的进程号。因为我要让父进程能够查看到它开设的子进程的一些基本的信息，占用的pid号运行时间

所有的进程都会步入僵尸进程。

父进程不死并且无限制的创建子进程并且子进程也不结束

父进程回收子进程占用的pid号的方式：

（1）父进程等待子进程运行结束

（2）父进程调用join方法

五、孤儿进程（了解）

孤儿进程：子进程存活，父进程意外死亡。（这时候没有人回收子进程的pid号）

操作系统会开设一个回收机制（该机制类似于‘儿童福利院’）专门管理孤儿进程回收相关资源。

六、守护进程

什么是守护进程：默认启动的服务随着操作系统是启动而启动，随着操作系统的关闭而关闭。（古代君王死后陪葬）

守护进程的作用：会随着主进程的结束而结束。

主进程创建守护进程

其一：守护进程会在主进程代码执行结束后就终止

其二：守护进程内无法再开启子进程,否则抛出异常：AssertionError: daemonic processes are not allowed to have children

注意：进程之间是互相独立的，主进程代码运行结束，守护进程随即终止。

#encoding=utf-8#auther：lsj# 守护进程

from multiprocessing importProcessimporttimedeftask(name):#def task(name='li'):

print('%s总管正常活着'%name)

time.sleep(3)print('%s总管正常死亡'%name)if __name__ == '__main__':

p= Process(target=task,args=('li',))#p = Process(target=task,kwargs={'name':'li'})

p.daemon = True #将进程p设置成守护进程，一定放在start()方法上面才有效否则报错：AssertionError: process has already started（该进程已经启动了）

p.start()print('皇帝王寿终正寝')

运行结果：

D:\Python38\python.exe D:/pycharm/oldboy_29/day039/day039_05守护进程.py

皇帝王寿终正寝

importosimporttimefrom multiprocessing importProcessclassMyprocess(Process):def __init__(self,person):

super().__init__()

self.person=persondefrun(self):print(os.getpid(),self.name)print('%s正在和女主播聊天' %self.person)

p=Myprocess('哪吒')

p.daemon=True #一定要在p.start()前设置,设置p为守护进程,禁止p创建子进程,并且父进程代码执行结束,p即终止运行

p.start()

time.sleep(10) #在sleep时查看进程id对应的进程ps -ef|grep id

print('主')

from multiprocessing importProcessdeffoo():print(123)

time.sleep(1)print("end123")defbar():print(456)

time.sleep(3)print("end456")

p1=Process(target=foo)

p2=Process(target=bar)

p1.daemon=True

p1.start()

p2.start()

time.sleep(0.1)print("main-------")#打印该行则主进程代码结束,则守护进程p1应该被终止.#可能会有p1任务执行的打印信息123,因为主进程打印main----时,p1也执行了,但是随即被终止.

七、socket聊天并发实例

from socket import *

from multiprocessing importProcess

server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)

server.bind(('127.0.0.1',8080))

server.listen(5)deftalk(conn,client_addr):whileTrue:try:

msg=conn.recv(1024)if not msg:breakconn.send(msg.upper())exceptException:break

if __name__ == '__main__': #windows下start进程一定要写到这下面

whileTrue:

conn,client_addr=server.accept()

p=Process(target=talk,args=(conn,client_addr))

p.start()

from socket import *client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

client.connect(('127.0.0.1',8080))whileTrue:

msg=input('>>:').strip()if not msg:continueclient.send(msg.encode('utf-8'))

msg=client.recv(1024)print(msg.decode('utf-8'))

八、多进程中的其他方法

from multiprocessing importProcessimporttimeimportrandomclassMyprocess(Process):def __init__(self,person):

self.name=person

super().__init__()defrun(self):print('%s正在和网红脸聊天' %self.name)

time.sleep(random.randrange(1,5))print('%s还在和网红脸聊天' %self.name)

p1=Myprocess('哪吒')

p1.start()

p1.terminate()#关闭进程,不会立即关闭,所以is_alive立刻查看的结果可能还是存活

print(p1.is_alive()) #结果为True

print('开始')print(p1.is_alive()) #结果为False

1 classMyprocess(Process):2 def __init__(self,person):3 self.name=person #name属性是Process中的属性，标示进程的名字

4 super().__init__() #执行父类的初始化方法会覆盖name属性

5 #self.name = person # 在这里设置就可以修改进程名字了

6 #self.person = person #如果不想覆盖进程名，就修改属性名称就可以了

7 defrun(self):8 print('%s正在和网红脸聊天' %self.name)9 #print('%s正在和网红脸聊天' %self.person)

10 time.sleep(random.randrange(1,5))11 print('%s正在和网红脸聊天' %self.name)12 #print('%s正在和网红脸聊天' %self.person)

15 p1=Myprocess('哪吒')16p1.start()17 print(p1.pid) #可以查看子进程的进程id

九、互斥锁

场景模拟：我们使用12306购票，甲10:10向服务端发送请求，服务端传给甲的状态是服务器10:10的状态，还有10张票。于此同时乙、丙、丁等人也向服务端发送请求，并都购买了票。此时的甲看不到服务器修改后的数据，当甲10:30再次访问服务器的时候，甲才能看到服务器状态已经改变了。

互斥锁模拟抢票功能

#encoding=utf-8#auther：lsj#互斥锁模拟抢票功能

from multiprocessing importProcessimportjsonimporttimeimportrandom#查票

defsearch(i):#文件操作读取票数

with open('data',mode='r',encoding='utf-8') as f:

dic=json.load(f)print('用户%s查询余票：%s'%(i,dic.get('ticket_num')))#字典取值不要用[]的形式，推荐使用get方法，不会出现报错

#买票步骤：1）先查。2）再买

defbuy(i):#先查票

with open('data',mode='r',encoding='utf-8') as f:

dic=json.load(f)#模拟网络延迟

time.sleep(random.randint(1,3))#判断当前是否有票

if dic.get('ticket_num') >0:#修改数据库买票

dic['ticket_num'] -= 1

#写入数据库

with open('data','w',encoding='utf8') as f:

json.dump(dic,f)#字典写入文件内

print('用户%s买票成功'%i)else:print('用户%s买票失败'%i)#整合上面两个函数的功能

defrun(i):

search(i)

buy(i)if __name__ == '__main__':for i in range(1,11): #打开多个进程10个i

p = Process(target=run,args=(i,))

p.start()

data文件，票数为1张

{"ticket_num": 1}

运行结果如下，就一张票，但是每个人都强到票了，这就有问题了。

D:\Python38\python.exe D:/pycharm/oldboy_29/day039/day039_06互斥锁模拟抢票功能.py

用户1查询余票：1用户3查询余票：1用户2查询余票：1用户4查询余票：1用户5查询余票：1用户6查询余票：1用户7查询余票：1用户8查询余票：1用户9查询余票：1用户10查询余票：1用户1买票成功

用户7买票成功

用户10买票成功

用户3买票成功

用户5买票成功

用户8买票成功

用户9买票成功

用户2买票成功

用户4买票成功

用户6买票成功

Process finished with exit code 0

结论：多个进程操作同一份数据的时候，会出现数据错乱的问题。针对该问题的解决方式，就是枷锁处理，将并发变成串行，牺牲效率但是保证了数据的安全。

加入锁：

#encoding=utf-8#auther：lsj#互斥锁模拟抢票功能完整版

from multiprocessing importProcess,Lockimportjsonimporttimeimportrandom#查票

defsearch(i):#文件操作读取票数

with open('data',mode='r',encoding='utf-8') as f:

dic=json.load(f)print('用户%s查询余票：%s'%(i,dic.get('ticket_num')))#字典取值不要用[]的形式，推荐使用get方法，不会出现报错

#买票步骤：1）先查。2）再买

defbuy(i):#先查票

with open('data',mode='r',encoding='utf-8') as f:

dic=json.load(f)#模拟网络延迟

time.sleep(random.randint(1,3))#判断当前是否有票

if dic.get('ticket_num') >0:#修改数据库买票

dic['ticket_num'] -= 1

#写入数据库

with open('data','w',encoding='utf8') as f:

json.dump(dic,f)#字典写入文件内

print('用户%s买票成功'%i)else:print('用户%s买票失败'%i)#整合上面两个函数的功能

defrun(i,mutex):

search(i)#给买票环节加锁处理

#抢锁

mutex.acquire()

buy(i)#释放锁

mutex.release()if __name__ == '__main__':#在主进程中生成一把锁，让所有的子进程抢，谁先抢到谁先买票

mutex =Lock()for i in range(1,11): #打开多个进程10个i

p = Process(target=run,args=(i,mutex,))

p.start()

运行结果：

D:\Python38\python.exe D:/pycharm/oldboy_29/day039/day039_06互斥锁模拟抢票功能改进版.py

用户2查询余票：1用户1查询余票：1用户3查询余票：1用户4查询余票：1用户7查询余票：1用户5查询余票：1用户6查询余票：1用户8查询余票：1用户9查询余票：1用户10查询余票：1用户2买票成功

用户1买票失败

用户3买票失败

用户4买票失败

用户7买票失败

用户5买票失败

用户6买票失败

用户8买票失败

用户9买票失败

用户10买票失败

Process finished with exit code 0

十、进程同步(multiprocess.Lock)锁 —— multiprocess.Lock

通过刚刚的学习，我们千方百计实现了程序的异步，让多个任务可以同时在几个进程中并发处理，他们之间的运行没有顺序，一旦开启也不受我们控制。尽管并发编程让我们能更加充分的利用IO资源，但是也给我们带来了新的问题。

当多个进程使用同一份数据资源的时候，就会引发数据安全或顺序混乱问题。

importosimporttimeimportrandomfrom multiprocessing importProcessdefwork(n):print('%s: %s is running' %(n,os.getpid()))

time.sleep(random.random())print('%s:%s is done' %(n,os.getpid()))if __name__ == '__main__':for i in range(3):

p=Process(target=work,args=(i,))

p.start()

#由并发变成了串行,牺牲了运行效率,但避免了竞争

importosimporttimeimportrandomfrom multiprocessing importProcess,Lockdefwork(lock,n):

lock.acquire()print('%s: %s is running' %(n, os.getpid()))

time.sleep(random.random())print('%s: %s is done' %(n, os.getpid()))

lock.release()if __name__ == '__main__':

lock=Lock()for i in range(3):

p=Process(target=work,args=(lock,i))

p.start()

上面这种情况虽然使用加锁的形式实现了顺序的执行，但是程序又重新变成串行了，这样确实会浪费了时间，却保证了数据的安全。

接下来，我们以模拟抢票为例，来看看数据安全的重要性。

#文件db的内容为：{"count":1}#注意一定要用双引号，不然json无法识别#并发运行，效率高，但竞争写同一文件，数据写入错乱

from multiprocessing importProcess,Lockimporttime,json,randomdefsearch():

dic=json.load(open('db'))print('\033[43m剩余票数%s\033[0m' %dic['count'])defget():

dic=json.load(open('db'))

time.sleep(0.1) #模拟读数据的网络延迟

if dic['count'] >0:

dic['count']-=1time.sleep(0.2) #模拟写数据的网络延迟

json.dump(dic,open('db','w'))print('\033[43m购票成功\033[0m')deftask():

search()

get()if __name__ == '__main__':for i in range(100): #模拟并发100个客户端抢票

p=Process(target=task)

p.start()

#文件db的内容为：{"count":5}#注意一定要用双引号，不然json无法识别#并发运行，效率高，但竞争写同一文件，数据写入错乱

from multiprocessing importProcess,Lockimporttime,json,randomdefsearch():

dic=json.load(open('db'))print('\033[43m剩余票数%s\033[0m' %dic['count'])defget():

dic=json.load(open('db'))

time.sleep(random.random())#模拟读数据的网络延迟

if dic['count'] >0:

dic['count']-=1time.sleep(random.random())#模拟写数据的网络延迟

json.dump(dic,open('db','w'))print('\033[32m购票成功\033[0m')else:print('\033[31m购票失败\033[0m')deftask(lock):

search()

lock.acquire()

get()

lock.release()if __name__ == '__main__':

lock=Lock()for i in range(100): #模拟并发100个客户端抢票

p=Process(target=task,args=(lock,))

p.start()

#加锁可以保证多个进程修改同一块数据时，同一时间只能有一个任务可以进行修改，即串行的修改，没错，速度是慢了，但牺牲了速度却保证了数据安全。

虽然可以用文件共享数据实现进程间通信，但问题是：1.效率低（共享数据基于文件，而文件是硬盘上的数据）2.需要自己加锁处理#因此我们最好找寻一种解决方案能够兼顾：1、效率高（多个进程共享一块内存的数据）2、帮我们处理好锁问题。这就是mutiprocessing模块为我们提供的基于消息的IPC通信机制：队列和管道。

队列和管道都是将数据存放于内存中

队列又是基于（管道+锁）实现的，可以让我们从复杂的锁问题中解脱出来，

我们应该尽量避免使用共享数据，尽可能使用消息传递和队列，避免处理复杂的同步和锁问题，而且在进程数目增多时，往往可以获得更好的可获展性。

扩展：

行锁：对一行数据操作时其他人等待。

表锁：对一个表数据操作时其他人等待。

注意：

1、锁不要轻易使用，容易造成死锁现象（我们写代码一般不会用到，都是内部封装好的，因为比较复杂）。

2、锁只在处理数据的部分加来保证数安全（只在争抢数据的环节加锁处理即可）。

十一、进程间通信——队列（multiprocess.Queue）

队列：先进先出 (队列=管道+锁)

堆栈：先进后出

管道：subprocess

stdin stdout stderr

概念介绍

创建共享的进程队列，Queue是多进程安全的队列，可以使用Queue实现多进程之间的数据传递。

Queue([maxsize])

创建共享的进程队列。

参数：maxsize是队列中允许的最大项数。如果省略此参数，则无大小限制。

底层队列使用管道和锁定实现。

Queue([maxsize])

创建共享的进程队列。maxsize是队列中允许的最大项数。如果省略此参数，则无大小限制。底层队列使用管道和锁定实现。另外，还需要运行支持线程以便队列中的数据传输到底层管道中。

Queue的实例q具有以下方法：

q.get( [ block [ ,timeout ] ] )

返回q中的一个项目。如果q为空，此方法将阻塞，直到队列中有项目可用为止。block用于控制阻塞行为，默认为True. 如果设置为False，将引发Queue.Empty异常（定义在Queue模块中）。timeout是可选超时时间，用在阻塞模式中。如果在制定的时间间隔内没有项目变为可用，将引发Queue.Empty异常。

q.get_nowait( )

同q.get(False)方法。

q.put(item [, block [,timeout ] ] )

将item放入队列。如果队列已满，此方法将阻塞至有空间可用为止。block控制阻塞行为，默认为True。如果设置为False，将引发Queue.Empty异常（定义在Queue库模块中）。timeout指定在阻塞模式中等待可用空间的时间长短。超时后将引发Queue.Full异常。

q.qsize()

返回队列中目前项目的正确数量。此函数的结果并不可靠，因为在返回结果和在稍后程序中使用结果之间，队列中可能添加或删除了项目。在某些系统上，此方法可能引发NotImplementedError异常。

q.empty()

如果调用此方法时 q为空，返回True。如果其他进程或线程正在往队列中添加项目，结果是不可靠的。也就是说，在返回和使用结果之间，队列中可能已经加入新的项目。

q.full()

如果q已满，返回为True. 由于线程的存在，结果也可能是不可靠的（参考q.empty（）方法）。。

q.close()

关闭队列，防止队列中加入更多数据。调用此方法时，后台线程将继续写入那些已入队列但尚未写入的数据，但将在此方法完成时马上关闭。如果q被垃圾收集，将自动调用此方法。关闭队列不会在队列使用者中生成任何类型的数据结束信号或异常。例如，如果某个使用者正被阻塞在get（）操作上，关闭生产者中的队列不会导致get（）方法返回错误。

q.cancel_join_thread()

不会再进程退出时自动连接后台线程。这可以防止join_thread()方法阻塞。

q.join_thread()

连接队列的后台线程。此方法用于在调用q.close()方法后，等待所有队列项被消耗。默认情况下，此方法由不是q的原始创建者的所有进程调用。调用q.cancel_join_thread()方法可以禁止这种行为。

注意：

q.full()

q.empty()

q.get_nowait()

在多进程的情况下时不精确的

代码实例

'''multiprocessing模块支持进程间通信的两种主要形式:管道和队列

都是基于消息传递实现的,但是队列接口'''

from multiprocessing importQueue

q=Queue(3)#put ,get ,put_nowait,get_nowait,full,empty

q.put(3)

q.put(3)#q.put(3) # 如果队列已经满了，程序就会停在这里，等待数据被别人取走，再将数据放入队列。

#如果队列中的数据一直不被取走，程序就会永远停在这里。

try:

q.put_nowait(3) #可以使用put_nowait，如果队列满了不会阻塞，但是会因为队列满了而报错。

except: #因此我们可以用一个try语句来处理这个错误。这样程序不会一直阻塞下去，但是会丢掉这个消息。

print('队列已经满了')#因此，我们再放入数据之前，可以先看一下队列的状态，如果已经满了，就不继续put了。

print(q.full()) #满了

print(q.get())print(q.get())print(q.get())#print(q.get()) # 同put方法一样，如果队列已经空了，那么继续取就会出现阻塞。

try:

q.get_nowait(3) #可以使用get_nowait，如果队列满了不会阻塞，但是会因为没取到值而报错。

except: #因此我们可以用一个try语句来处理这个错误。这样程序不会一直阻塞下去。

print('队列已经空了')print(q.empty()) #空了

上面这个例子还没有加入进程通信，只是先来看看队列为我们提供的方法，以及这些方法的使用和现象。

importtimefrom multiprocessing importProcess, Queuedeff(q):

q.put([time.asctime(),'from Eva', 'hello']) #调用主函数中p进程传递过来的进程参数 put函数为向队列中添加一条数据。

if __name__ == '__main__':

q= Queue() #创建一个Queue对象

p = Process(target=f, args=(q,)) #创建一个进程

p.start()print(q.get())

p.join()

上面是一个queue的简单应用，使用队列q对象调用get函数来取得队列中最先进入的数据。接下来看一个稍微复杂一些的例子：

importosimporttimeimportmultiprocessing#向queue中输入数据的函数

definputQ(queue):

info= str(os.getpid()) + '(put):' +str(time.asctime())

queue.put(info)#向queue中输出数据的函数

defoutputQ(queue):

info=queue.get()print ('%s%s\033[32m%s\033[0m'%(str(os.getpid()), '(get):',info))#Main

if __name__ == '__main__':

multiprocessing.freeze_support()

record1= [] #store input processes

record2 = [] #store output processes

queue = multiprocessing.Queue(3)#输入进程

for i in range(10):

process= multiprocessing.Process(target=inputQ,args=(queue,))

process.start()

record1.append(process)#输出进程

for i in range(10):

process= multiprocessing.Process(target=outputQ,args=(queue,))

process.start()

record2.append(process)for p inrecord1:

p.join()for p inrecord2:

p.join()

十二、进程间通信IPC

IPC(Inter-Process Communication)

引子：简单的这么立即，甲乙两个进程找个第三方丙（消息队列），把数据先传给第三方，另外一方通过第三方来存取数据。

研究思路：

1、主进程跟子进程借助于队列通信。

2、子进程跟子进程借助于队列通信。

#encoding=utf-8#auther：lsj#IPC 机制:1、主进程跟子进程借助于队列通信

from multiprocessing importQueue,Processdefproducer(q):

q.put('老板娘你好！！！')print('hello big baby！')if __name__ == '__main__':

q=Queue()

p= Process(target=producer,args=(q,))

p.start()print(q.get())

运行结果：

D:\Python38\python.exe D:/pycharm/oldboy_29/day039/day039_08IPC机制.py

hello big baby！

老板娘你好！！！

#encoding=utf-8#auther：lsj#IPC 机制:2、子进程跟子进程借助于队列通信

from multiprocessing importQueue,Processdef producer(q): #生产者

q.put('老板娘你好！！！')print('hello big baby！')def consumer(): #消费者

print(q.get())if __name__ == '__main__':

q=Queue()

p= Process(target=producer,args=(q,))

p1= Process(target=consumer,args=(q,))

p.start()print(q.get())

运行结果：

D:\Python38\python.exe D:/pycharm/oldboy_29/day039/day039_08_01IPC机制.py

hello big baby！

老板娘你好！！！

十三、生产者消费者模型

引子：

生产者：生产/制造东西的

消费者：消费/处理东西的

该模型除了上述两个之外还需要一个东西

生活中的例子：

做包子的将包子做好后放进蒸笼（媒介）里面，

买包子的去蒸笼（媒介）里去拿取。

厨师做菜做完后用盘子（媒介）装着给消费者端过去。

生产者与消费者之间不是直接做交互的，而是借助媒介（队列）做交互

生产者/消费者模型（分三部分）：

生产者（做包子的）+ 消息队列（蒸笼） + 消费者（吃包子的）

在并发编程中使用生产者和消费者模式能够解决绝大多数并发问题。该模式通过平衡生产线程和消费线程的工作能力来提高程序的整体处理数据的速度。

为什么要使用生产者和消费者模式

在线程世界里，生产者就是生产数据的线程，消费者就是消费数据的线程。在多线程开发当中，如果生产者处理速度很快，而消费者处理速度很慢，那么生产者就必须等待消费者处理完，才能继续生产数据。同样的道理，如果消费者的处理能力大于生产者，那么消费者就必须等待生产者。为了解决这个问题于是引入了生产者和消费者模式。

什么是生产者消费者模式

生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。生产者和消费者彼此之间不直接通讯，而通过阻塞队列来进行通讯，所以生产者生产完数据之后不用等待消费者处理，直接扔给阻塞队列，消费者不找生产者要数据，而是直接从阻塞队列里取，阻塞队列就相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。

基于队列实现生产者消费者模型

from multiprocessing importProcess,Queueimporttime,random,osdefconsumer(q):whileTrue:

res=q.get()

time.sleep(random.randint(1,3))print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))defproducer(q):for i in range(10):

time.sleep(random.randint(1,3))

res='包子%s' %i

q.put(res)print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))if __name__ == '__main__':

q=Queue()#生产者们:即厨师们

p1=Process(target=producer,args=(q,))#消费者们:即吃货们

c1=Process(target=consumer,args=(q,))#开始

p1.start()

c1.start()print('主')

此时的问题是主进程永远不会结束，原因是：生产者p在生产完后就结束了，但是消费者c在取空了q之后，则一直处于死循环中且卡在q.get()这一步。

解决方式无非是让生产者在生产完毕后，往队列中再发一个结束信号，这样消费者在接收到结束信号后就可以break出死循环。

from multiprocessing importProcess,Queueimporttime,random,osdefconsumer(q):whileTrue:

res=q.get()if res is None:break #收到结束信号则结束

time.sleep(random.randint(1,3))print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))defproducer(q):for i in range(10):

time.sleep(random.randint(1,3))

res='包子%s' %i

q.put(res)print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

q.put(None)#发送结束信号

if __name__ == '__main__':

q=Queue()#生产者们:即厨师们

p1=Process(target=producer,args=(q,))#消费者们:即吃货们

c1=Process(target=consumer,args=(q,))#开始

p1.start()

c1.start()print('主')

注意：结束信号None，不一定要由生产者发，主进程里同样可以发，但主进程需要等生产者结束后才应该发送该信号

from multiprocessing importProcess,Queueimporttime,random,osdefconsumer(q):whileTrue:

res=q.get()if res is None:break #收到结束信号则结束

time.sleep(random.randint(1,3))print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))defproducer(q):for i in range(2):

time.sleep(random.randint(1,3))

res='包子%s' %i

q.put(res)print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))if __name__ == '__main__':

q=Queue()#生产者们:即厨师们

p1=Process(target=producer,args=(q,))#消费者们:即吃货们

c1=Process(target=consumer,args=(q,))#开始

p1.start()

c1.start()

p1.join()

q.put(None)#发送结束信号

print('主')

但上述解决方式，在有多个生产者和多个消费者时，我们则需要用一个很low的方式去解决

from multiprocessing importProcess,Queueimporttime,random,osdefconsumer(q):whileTrue:

res=q.get()if res is None:break #收到结束信号则结束

time.sleep(random.randint(1,3))print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))defproducer(name,q):for i in range(2):

time.sleep(random.randint(1,3))

res='%s%s' %(name,i)

q.put(res)print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))if __name__ == '__main__':

q=Queue()#生产者们:即厨师们

p1=Process(target=producer,args=('包子',q))

p2=Process(target=producer,args=('骨头',q))

p3=Process(target=producer,args=('泔水',q))#消费者们:即吃货们

c1=Process(target=consumer,args=(q,))

c2=Process(target=consumer,args=(q,))#开始

p1.start()

p2.start()

p3.start()

c1.start()

p1.join()#必须保证生产者全部生产完毕,才应该发送结束信号

p2.join()

p3.join()

q.put(None)#有几个消费者就应该发送几次结束信号None

q.put(None) #发送结束信号

print('主')

JoinableQueue([maxsize])

创建可连接的共享进程队列。这就像是一个Queue对象，但队列允许项目的使用者通知生产者项目已经被成功处理。通知进程是使用共享的信号和条件变量来实现的。

JoinableQueue的实例p除了与Queue对象相同的方法之外，还具有以下方法：

每当往该队列中存入数据的时候，内部会有一个计数器+1，每当调用task_done()时候计数器-1q.task_done()

使用者使用此方法发出信号，表示q.get()返回的项目已经被处理。如果调用此方法的次数大于从队列中删除的项目数量，将引发ValueError异常。

q.join() 当计数器为0的时候才往后运行

生产者将使用此方法进行阻塞，直到队列中所有项目均被处理。阻塞将持续到为队列中的每个项目均调用q.task_done()方法为止。

下面的例子说明如何建立永远运行的进程，使用和处理队列上的项目。生产者将项目放入队列，并等待它们被处理。

from multiprocessing importProcess,JoinableQueueimporttime,random,osdefconsumer(q):whileTrue:

res=q.get()

time.sleep(random.randint(1,3))print('\033[45m%s 吃 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

q.task_done()#向q.join()发送一次信号,证明一个数据已经被取走了

defproducer(name,q):for i in range(10):

time.sleep(random.randint(1,3))

res='%s%s' %(name,i)

q.put(res)print('\033[44m%s 生产了 %s\033[0m' %(os.getpid(),res))

q.join()#生产完毕，使用此方法进行阻塞，直到队列中所有项目均被处理。

if __name__ == '__main__':

q=JoinableQueue()#生产者们:即厨师们

p1=Process(target=producer,args=('包子',q))

p2=Process(target=producer,args=('骨头',q))

p3=Process(target=producer,args=('泔水',q))#消费者们:即吃货们

c1=Process(target=consumer,args=(q,))

c2=Process(target=consumer,args=(q,))

c1.daemon=True

c2.daemon=True#开始

p_l=[p1,p2,p3,c1,c2]for p inp_l:

p.start()

p1.join()

p2.join()

p3.join()print('主')#主进程等--->p1,p2,p3等---->c1,c2

#p1,p2,p3结束了,证明c1,c2肯定全都收完了p1,p2,p3发到队列的数据

#因而c1,c2也没有存在的价值了,不需要继续阻塞在进程中影响主进程了。应该随着主进程的结束而结束,所以设置成守护进程就可以了。

十四、进程之间的数据共享

展望未来，基于消息传递的并发编程是大势所趋

即便是使用线程，推荐做法也是将程序设计为大量独立的线程集合，通过消息队列交换数据。

这样极大地减少了对使用锁定和其他同步手段的需求，还可以扩展到分布式系统中。

但进程间应该尽量避免通信，即便需要通信，也应该选择进程安全的工具来避免加锁带来的问题。

以后我们会尝试使用数据库来解决现在进程之间的数据共享问题。

进程间数据是独立的，可以借助于队列或管道实现通信，二者都是基于消息传递的

虽然进程间数据独立，但可以通过Manager实现数据共享，事实上Manager的功能远不止于此

A manager object returned by Manager() controls a server process which holds Python objectsandallows other processes to manipulate them using proxies.

A manager returned by Manager() will support types list, dict, Namespace, Lock, RLock, Semaphore, BoundedSemaphore, Condition, Event, Barrier, Queue, Valueand Array.

from multiprocessing importManager,Process,Lockdefwork(d,lock):

with lock:#不加锁而操作共享的数据,肯定会出现数据错乱

d['count']-=1

if __name__ == '__main__':

lock=Lock()

with Manager() as m:

dic=m.dict({'count':100})

p_l=[]for i in range(100):

p=Process(target=work,args=(dic,lock))

p_l.append(p)

p.start()for p inp_l:

p.join()print(dic)

进程池和multiprocess.Pool模块

进程池

为什么要有进程池?进程池的概念。

在程序实际处理问题过程中，忙时会有成千上万的任务需要被执行，闲时可能只有零星任务。那么在成千上万个任务需要被执行的时候，我们就需要去创建成千上万个进程么？首先，创建进程需要消耗时间，销毁进程也需要消耗时间。第二即便开启了成千上万的进程，操作系统也不能让他们同时执行，这样反而会影响程序的效率。因此我们不能无限制的根据任务开启或者结束进程。那么我们要怎么做呢？

在这里，要给大家介绍一个进程池的概念，定义一个池子，在里面放上固定数量的进程，有需求来了，就拿一个池中的进程来处理任务，等到处理完毕，进程并不关闭，而是将进程再放回进程池中继续等待任务。如果有很多任务需要执行，池中的进程数量不够，任务就要等待之前的进程执行任务完毕归来，拿到空闲进程才能继续执行。也就是说，池中进程的数量是固定的，那么同一时间最多有固定数量的进程在运行。这样不会增加操作系统的调度难度，还节省了开闭进程的时间，也一定程度上能够实现并发效果。

multiprocess.Pool模块

概念介绍

Pool([numprocess [,initializer [, initargs]]]):创建进程池

参数介绍

1numprocess:要创建的进程数，如果省略，将默认使用cpu_count()的值2initializer：是每个工作进程启动时要执行的可调用对象，默认为None3 initargs：是要传给initializer的参数组

1 p.apply(func [, args [, kwargs]]):在一个池工作进程中执行func(*args,**kwargs),然后返回结果。2 '''需要强调的是：此操作并不会在所有池工作进程中并执行func函数。如果要通过不同参数并发地执行func函数，必须从不同线程调用p.apply()函数或者使用p.apply_async()'''

4 p.apply_async(func [, args [, kwargs]]):在一个池工作进程中执行func(*args,**kwargs),然后返回结果。5 '''此方法的结果是AsyncResult类的实例，callback是可调用对象，接收输入参数。当func的结果变为可用时，将理解传递给callback。callback禁止执行任何阻塞操作，否则将接收其他异步操作中的结果。'''

7p.close():关闭进程池，防止进一步操作。如果所有操作持续挂起，它们将在工作进程终止前完成8

9 P.jion():等待所有工作进程退出。此方法只能在close（）或teminate()之后调用

1方法apply_async()和map_async（）的返回值是AsyncResul的实例obj。实例具有以下方法2obj.get():返回结果，如果有必要则等待结果到达。timeout是可选的。如果在指定时间内还没有到达，将引发一场。如果远程操作中引发了异常，它将在调用此方法时再次被引发。3obj.ready():如果调用完成，返回True4obj.successful():如果调用完成且没有引发异常，返回True，如果在结果就绪之前调用此方法，引发异常5obj.wait([timeout]):等待结果变为可用。6 obj.terminate()：立即终止所有工作进程，同时不执行任何清理或结束任何挂起工作。如果p被垃圾回收，将自动调用此函数

代码实例

进程池和多进程效率对比

p.map进程池和进程效率测试

同步和异步

importos,timefrom multiprocessing importPooldefwork(n):print('%s run' %os.getpid())

time.sleep(3)return n**2

if __name__ == '__main__':

p=Pool(3) #进程池中从无到有创建三个进程,以后一直是这三个进程在执行任务

res_l=[]for i in range(10):

res=p.apply(work,args=(i,)) #同步调用，直到本次任务执行完毕拿到res，等待任务work执行的过程中可能有阻塞也可能没有阻塞

#但不管该任务是否存在阻塞，同步调用都会在原地等着

print(res_l)

importosimporttimeimportrandomfrom multiprocessing importPooldefwork(n):print('%s run' %os.getpid())

time.sleep(random.random())return n**2

if __name__ == '__main__':

p=Pool(3) #进程池中从无到有创建三个进程,以后一直是这三个进程在执行任务

res_l=[]for i in range(10):

res=p.apply_async(work,args=(i,)) #异步运行，根据进程池中有的进程数，每次最多3个子进程在异步执行

#返回结果之后，将结果放入列表，归还进程，之后再执行新的任务

#需要注意的是，进程池中的三个进程不会同时开启或者同时结束

#而是执行完一个就释放一个进程，这个进程就去接收新的任务。

res_l.append(res)#异步apply_async用法：如果使用异步提交的任务，主进程需要使用jion，等待进程池内任务都处理完，然后可以用get收集结果

#否则，主进程结束，进程池可能还没来得及执行，也就跟着一起结束了

p.close()

p.join()for res inres_l:print(res.get()) #使用get来获取apply_aync的结果,如果是apply,则没有get方法,因为apply是同步执行,立刻获取结果,也根本无需get

练习

#Pool内的进程数默认是cpu核数，假设为4（查看方法os.cpu_count()）#开启6个客户端，会发现2个客户端处于等待状态#在每个进程内查看pid，会发现pid使用为4个，即多个客户端公用4个进程

from socket import *

from multiprocessing importPoolimportos

server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)

server.bind(('127.0.0.1',8080))

server.listen(5)deftalk(conn):print('进程pid: %s' %os.getpid())whileTrue:try:

msg=conn.recv(1024)if not msg:breakconn.send(msg.upper())exceptException:break

if __name__ == '__main__':

p=Pool(4)whileTrue:

conn,*_=server.accept()

p.apply_async(talk,args=(conn,))#p.apply(talk,args=(conn,client_addr)) #同步的话，则同一时间只有一个客户端能访问

from socket import *client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

client.connect(('127.0.0.1',8080))whileTrue:

msg=input('>>:').strip()if not msg:continueclient.send(msg.encode('utf-8'))

msg=client.recv(1024)print(msg.decode('utf-8'))

发现：并发开启多个客户端，服务端同一时间只有4个不同的pid，只能结束一个客户端，另外一个客户端才会进来.

回调函数

需要回调函数的场景：进程池中任何一个任务一旦处理完了，就立即告知主进程：我好了额，你可以处理我的结果了。主进程则调用一个函数去处理该结果，该函数即回调函数

我们可以把耗时间（阻塞）的任务放到进程池中，然后指定回调函数（主进程负责执行），这样主进程在执行回调函数时就省去了I/O的过程，直接拿到的是任务的结果。

from multiprocessing importPoolimportrequestsimportjsonimportosdefget_page(url):print('<进程%s> get %s' %(os.getpid(),url))

respone=requests.get(url)if respone.status_code == 200:return {'url':url,'text':respone.text}defpasrse_page(res):print('<进程%s> parse %s' %(os.getpid(),res['url']))

parse_res='url:<%s> size:[%s]\n' %(res['url'],len(res['text']))

with open('db.txt','a') as f:

f.write(parse_res)if __name__ == '__main__':

urls=['https://www.baidu.com','https://www.python.org','https://www.openstack.org','https://help.github.com/','http://www.sina.com.cn/']

p=Pool(3)

res_l=[]for url inurls:

res=p.apply_async(get_page,args=(url,),callback=pasrse_page)

res_l.append(res)

p.close()

p.join()print([res.get() for res in res_l]) #拿到的是get_page的结果,其实完全没必要拿该结果,该结果已经传给回调函数处理了

'''打印结果:

<进程3388> get https://www.baidu.com

<进程3389> get https://www.python.org

<进程3390> get https://www.openstack.org

<进程3388> get https://help.github.com/

<进程3387> parse https://www.baidu.com

<进程3389> get http://www.sina.com.cn/

<进程3387> parse https://www.python.org

<进程3387> parse https://help.github.com/

<进程3387> parse http://www.sina.com.cn/

<进程3387> parse https://www.openstack.org

[{'url': 'https://www.baidu.com', 'text': '\r\n...',...}]'''

importrefrom urllib.request importurlopenfrom multiprocessing importPooldefget_page(url,pattern):

response=urlopen(url).read().decode('utf-8')returnpattern,responsedefparse_page(info):

pattern,page_content=info

res=re.findall(pattern,page_content)for item inres:

dic={'index':item[0].strip(),'title':item[1].strip(),'actor':item[2].strip(),'time':item[3].strip(),

}print(dic)if __name__ == '__main__':

regex= r'

.*?<.*?class="board-index.*?>(\d+).*?title="(.*?)".*?class="movie-item-info".*?

(.*?)

.*?

(.*?)

'pattern1=re.compile(regex,re.S)

url_dic={'http://maoyan.com/board/7':pattern1,

}

p=Pool()

res_l=[]for url,pattern inurl_dic.items():

res=p.apply_async(get_page,args=(url,pattern),callback=parse_page)

res_l.append(res)for i inres_l:

i.get()

如果在主进程中等待进程池中所有任务都执行完毕后，再统一处理结果，则无需回调函数

from multiprocessing importPoolimporttime,random,osdefwork(n):

time.sleep(1)return n**2

if __name__ == '__main__':

p=Pool()

res_l=[]for i in range(10):

res=p.apply_async(work,args=(i,))

res_l.append(res)

p.close()

p.join()#等待进程池中所有进程执行完毕

nums=[]for res inres_l:

nums.append(res.get())#拿到所有结果

print(nums) #主进程拿到所有的处理结果,可以在主进程中进行统一进行处理

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