1 進程的基本概念

什么是進程？

​ 進程就是一個程序在一個數據集上的一次動態執行過程。進程一般由程序、數據集、進程控制塊三部分組成。我們編寫的程序用來描述進程要完成哪些功能以及如何完成；數據集則是程序在執行過程中所需要使用的資源；進程控制塊用來記錄進程的外部特征，描述進程的執行變化過程，系統可以利用它來控制和管理進程，它是系統感知進程存在的唯一標志。

進程的生命周期：創建（New）、就緒（Runnable）、運行（Running）、阻塞（Block）、銷毀（Destroy）

進程的狀態（分類）：（Actived）活動進程、可見進程（Visiable）、后臺進程（Background）、服務進程（Service）、空進程

2 父進程和子進程​

Linux 操作系統提供了一個 fork() 函數用來創建子進程，這個函數很特殊，調用一次，返回兩次，因為操作系統是將當前的進程（父進程）復制了一份（子進程），然后分別在父進程和子進程內返回。子進程永遠返回0，而父進程返回子進程的 PID。我們可以通過判斷返回值是不是 0 來判斷當前是在父進程還是子進程中執行。

​ 在 Python 中同樣提供了 fork() 函數，此函數位于 os 模塊下。

# -*- coding: utf-8 -*- import osimport timeprint('在創建子進程前: pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid()))pid = os.fork()if pid == 0: print('子進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) time.sleep(5)else: print('父進程信息: pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) # pid表示回收的子進程的pid #pid, result = os.wait() # 回收子進程資源阻塞 time.sleep(5) #print('父進程：回收的子進程pid=%d' % pid) #print('父進程：子進程退出時 result=%d' % result)# 下面的內容會被打印兩次，一次是在父進程中，一次是在子進程中。# 父進程中拿到的返回值是創建的子進程的pid，大于0print('fork創建完后: pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid()))2.1 父子進程如何區分?

子進程是父進程通過fork()產生出來的，pid = os.fork()

​ 通過返回值pid是否為0，判斷是否為子進程，如果是0，則表示是子進程

​ 由于 fork() 是 Linux 上的概念，所以如果要跨平臺，最好還是使用 subprocess 模塊來創建子進程。

2.2 子進程如何回收？

python中采用os.wait()方法用來回收子進程占用的資源

pid, result = os.wait() # 回收子進程資源阻塞，等待子進程執行完成回收

如果有子進程沒有被回收的，但是父進程已經死掉了，這個子進程就是僵尸進程。

3 Python進程模塊

python的進程multiprocessing模塊有多種創建進程的方式，每種創建方式和進程資源的回收都不太相同，下面分別針對Process,Pool及系統自帶的fork三種進程分析。

3.1 fork()

import ospid = os.fork() # 創建一個子進程os.wait() # 等待子進程結束釋放資源pid為0的代表子進程。

缺點： ​ 1.兼容性差，只能在類linux系統下使用，windows系統不可使用； ​ 2.擴展性差，當需要多條進程的時候，進程管理變得很復雜； ​ 3.會產生“孤兒”進程和“僵尸”進程，需要手動回收資源。 優點： ​ 是系統自帶的接近低層的創建方式，運行效率高。

3.2 Process進程

multiprocessing模塊提供Process類實現新建進程

# -*- coding: utf-8 -*-import osfrom multiprocessing import Processimport timedef fun(name): print('2 子進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) print('hello ' + name)def test(): print(’ssss’)if __name__ == '__main__': print('1 主進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) ps = Process(target=fun, args=(’jingsanpang’, )) print('111 ##### ps pid: ' + str(ps.pid) + ', ident:' + str(ps.ident)) print('3 進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) print(ps.is_alive()) # 啟動之前 is_alive為False(系統未創建) ps.start() print(ps.is_alive()) # 啟動之后，is_alive為True(系統已創建) print('222 #### ps pid: ' + str(ps.pid) + ', ident:' + str(ps.ident)) print('4 進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) ps.join() # 等待子進程完成任務 類似于os.wait() print(ps.is_alive()) print('5 進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid())) ps.terminate() #終斷進程 print('6 進程信息： pid=%s, ppid=%s' % (os.getpid(), os.getppid()))

特點：

​1.注意：Process對象可以創建進程，但Process對象不是進程，其刪除與否與系統資源是否被回收沒有直接的關系。 2.主進程執行完后會默認等待子進程結束后回收資源，不需要手動回收資源；join()函數用來控制子進程結束的順序,其內部也有一個清除僵尸進程的函數，可以回收資源； 3.Process進程創建時，子進程會將主進程的Process對象完全復制一份，這樣在主進程和子進程各有一個 Process對象，但是p.start()啟動的是子進程，主進程中的Process對象作為一個靜態對象存在，不執行。

4.當子進程執行完畢后，會產生一個僵尸進程，其會被join函數回收，或者再有一條進程開啟，start函數也會回收僵尸進程，所以不一定需要寫join函數。 5.windows系統在子進程結束后會立即自動清除子進程的Process對象，而linux系統子進程的Process對象如果沒有join函數和start函數的話會在主進程結束后統一清除。

另外還可以通過繼承Process對象來重寫run方法創建進程

3.3 進程池POOL (多個進程)

import multiprocessingimport timedef work(msg): mult_proces_name = multiprocessing.current_process().name print(’process: ’ + mult_proces_name + ’-’ + msg)if __name__ == '__main__': pool = multiprocessing.Pool(processes=5) # 創建5個進程 for i in range(20): msg = 'process %d' %(i) pool.apply_async(work, (msg, )) pool.close() # 關閉進程池，表示不能在往進程池中添加進程 pool.join() # 等待進程池中的所有進程執行完畢，必須在close()之后調用 print('Sub-process all done.')

上述代碼中的pool.apply_async()是apply()函數的變體，apply_async()是apply()的并行版本，apply()是apply_async()的阻塞版本，使用apply()主進程會被阻塞直到函數執行結束，所以說是阻塞版本。apply()既是Pool的方法，也是Python內置的函數，兩者等價。可以看到輸出結果并不是按照代碼for循環中的順序輸出的。

多個子進程并返回值

apply_async()本身就可以返回被進程調用的函數的返回值。上一個創建多個子進程的代碼中，如果在函數func中返回一個值，那么pool.apply_async(func, (msg, ))的結果就是返回pool中所有進程的值的對象（注意是對象，不是值本身）。

import multiprocessingimport timedef func(msg): return multiprocessing.current_process().name + ’-’ + msgif __name__ == '__main__': pool = multiprocessing.Pool(processes=4) # 創建4個進程 results = [] for i in range(20): msg = 'process %d' %(i) results.append(pool.apply_async(func, (msg, ))) pool.close() # 關閉進程池，表示不能再往進程池中添加進程，需要在join之前調用 pool.join() # 等待進程池中的所有進程執行完畢 print ('Sub-process(es) done.') for res in results: print (res.get())

與之前的輸出不同，這次的輸出是有序的。

​如果電腦是八核，建立8個進程，在Ubuntu下輸入top命令再按下大鍵盤的1，可以看到每個CPU的使用率是比較平均的

4 進程間通信方式

管道pipe：管道是一種半雙工的通信方式，數據只能單向流動，而且只能在具有親緣關系的進程間使用。進程的親緣關系通常是指父子進程關系。命名管道FIFO：有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關系進程間的通信。消息隊列MessageQueue：消息隊列是由消息的鏈表，存放在內核中并由消息隊列標識符標識。消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節流以及緩沖區大小受限等缺點。共享存儲SharedMemory：共享內存就是映射一段能被其他進程所訪問的內存，這段共享內存由一個進程創建，但多個進程都可以訪問。共享內存是最快的 IPC 方式，它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號兩，配合使用，來實現進程間的同步和通信。以上幾種進程間通信方式中，消息隊列是使用的比較頻繁的方式。

（1）管道pipe

import multiprocessingdef foo(conn): conn.send(’hello father’) #向管道pipe發消息 print(conn.recv())if __name__ == ’__main__’: conn1,conn2=multiprocessing.Pipe(True) #開辟兩個口，都是能進能出，括號中如果False即單向通信 p=multiprocessing.Process(target=foo,args=(conn1,)) #子進程使用sock口，調用foo函數 p.start() print(conn2.recv()) #主進程使用conn口接收，從管道（Pipe）中讀取消息 conn2.send(’hi son’) #主進程使用conn口發送

（2）消息隊列Queue

Queue是多進程的安全隊列，可以使用Queue實現多進程之間的數據傳遞。

Queue的一些常用方法：

Queue.qsize()：返回當前隊列包含的消息數量； Queue.empty()：如果隊列為空，返回True，反之False ； Queue.full()：如果隊列滿了，返回True,反之False； Queue.get():獲取隊列中的一條消息，然后將其從列隊中移除，可傳參超時時長。 Queue.get_nowait()：相當Queue.get(False),取不到值時觸發異常：Empty； Queue.put():將一個值添加進數列，可傳參超時時長。 Queue.put_nowait():相當于Queue.get(False),當隊列滿了時報錯：Full。

案例：

from multiprocessing import Process, Queueimport timedef write(q): for i in [’A’, ’B’, ’C’, ’D’, ’E’]: print(’Put %s to queue’ % i) q.put(i) time.sleep(0.5)def read(q): while True: v = q.get(True) print(’get %s from queue’ % v)if __name__ == ’__main__’: q = Queue() pw = Process(target=write, args=(q,)) pr = Process(target=read, args=(q,)) print(’write process = ’, pw) print(’read process = ’, pr) pw.start() pr.start() pw.join() pr.join() pr.terminate() pw.terminate()

Queue和pipe只是實現了數據交互，并沒實現數據共享，即一個進程去更改另一個進程的數據。

注：進程間通信應該盡量避免使用共享數據的方式

5 多進程實現生產者消費者

以下通過多進程實現生產者，消費者模式

import multiprocessingfrom multiprocessing import Processfrom time import sleepimport timeclass MultiProcessProducer(multiprocessing.Process): def __init__(self, num, queue): '''Constructor''' multiprocessing.Process.__init__(self) self.num = num self.queue = queue def run(self): t1 = time.time() print(’producer start ’ + str(self.num)) for i in range(1000): self.queue.put((i, self.num)) # print ’producer put’, i, self.num t2 = time.time() print(’producer exit ’ + str(self.num)) use_time = str(t2 - t1) print(’producer ’ + str(self.num) + ’, use_time: ’+ use_time)class MultiProcessConsumer(multiprocessing.Process): def __init__(self, num, queue): '''Constructor''' multiprocessing.Process.__init__(self) self.num = num self.queue = queue def run(self): t1 = time.time() print(’consumer start ’ + str(self.num)) while True: d = self.queue.get() if d != None: # print ’consumer get’, d, self.num continue else: break t2 = time.time() print(’consumer exit ’ + str(self.num)) print(’consumer ’ + str(self.num) + ’, use time:’ + str(t2 - t1))def main(): # create queue queue = multiprocessing.Queue() # create processes producer = [] for i in range(5): producer.append(MultiProcessProducer(i, queue)) consumer = [] for i in range(5): consumer.append(MultiProcessConsumer(i, queue)) # start processes for i in range(len(producer)): producer[i].start() for i in range(len(consumer)): consumer[i].start() # wait for processs to exit for i in range(len(producer)): producer[i].join() for i in range(len(consumer)): queue.put(None) for i in range(len(consumer)): consumer[i].join() print(’all done finish’)if __name__ == '__main__': main()6 總結

​ python中的多進程創建有以下兩種方式：

（1）fork子進程

（2）采用 multiprocessing 這個庫創建子進程

​ 需要注意的是隊列中queue.Queue是線程安全的，但并不是進程安全，所以多進程一般使用線程、進程安全的multiprocessing.Queue()

​ 另外, 進程池使用 multiprocessing.Pool實現，pool = multiprocessing.Pool(processes = 3)，產生一個進程池，pool.apply_async實現非租塞模式，pool.apply實現阻塞模式。

apply_async和 apply函數，前者是非阻塞的，后者是阻塞。可以看出運行時間相差的倍數正是進程池數量。

​ 同時可以通過result.append(pool.apply_async(func, (msg, )))獲取非租塞式調用結果信息的。

以上就是Python 多進程原理及實現的詳細內容，更多關于python 多進程的資料請關注好吧啦網其它相關文章！