python多线程和多进程

1.1 线程
1.1.1 什么是线程
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。一个线程是一个execution context（执行上下文），即一个cpu执行时所需要的一串指令。
1.1.2 线程的工作方式
假设你正在读一本书，没有读完，你想休息一下，但是你想在回来时恢复到当时读的具体进度。有一个方法就是记下页数、行数与字数这三个数值，这些数值就是execution context。如果你的室友在你休息的时候，使用相同的方法读这本书。你和她只需要这三个数字记下来就可以在交替的时间共同阅读这本书了。
线程的工作方式与此类似。CPU会给你一个在同一时间能够做多个运算的幻觉，实际上它在每个运算上只花了极少的时间，本质上CPU同一时刻只干了一件事。它能这样做就是因为它有每个运算的execution context。就像你能够和你朋友共享同一本书一样，多任务也能共享同一块CPU。
1.2 进程
一个程序的执行实例就是一个进程。每一个进程提供执行程序所需的所有资源。（进程本质上是资源的集合）
一个进程有一个虚拟的地址空间、可执行的代码、操作系统的接口、安全的上下文（记录启动该进程的用户和权限等等）、唯一的进程ID、环境变量、优先级类、最小和最大的工作空间（内存空间），还要有至少一个线程。
每一个进程启动时都会最先产生一个线程，即主线程。然后主线程会再创建其他的子线程。
与进程相关的资源包括:
内存页（同一个进程中的所有线程共享同一个内存空间）
文件描述符(e.g. open sockets)
安全凭证（e.g.启动该进程的用户ID）
1.3 进程与线程区别
1.同一个进程中的线程共享同一内存空间，但是进程之间是独立的。
2.同一个进程中的所有线程的数据是共享的（进程通讯），进程之间的数据是独立的。
3.对主线程的修改可能会影响其他线程的行为，但是父进程的修改（除了删除以外）不会影响其他子进程。
4.线程是一个上下文的执行指令，而进程则是与运算相关的一簇资源。
5.同一个进程的线程之间可以直接通信，但是进程之间的交流需要借助中间代理来实现。
6.创建新的线程很容易，但是创建新的进程需要对父进程做一次复制。
7.一个线程可以操作同一进程的其他线程，但是进程只能操作其子进程。
8.线程启动速度快，进程启动速度慢（但是两者运行速度没有可比性）。
一 多线程
2.1 线程常用方法
方法 注释
start() 线程准备就绪，等待CPU调度
setName() 为线程设置名称
getName() 获取线程名称
setDaemon(True) 设置为守护线程
join() 逐个执行每个线程，执行完毕后继续往下执行
run() 线程被cpu调度后自动执行线程对象的run方法，如果想自定义线程类，直接重写run方法就行了
1.普通创建方式

import threading
import time

def run(n):
    print("task", n)
    time.sleep(1)
    print('2s')
    time.sleep(1)
    print('1s')
    time.sleep(1)
    print('0s')
    time.sleep(1)

t1 = threading.Thread(target=run, args=("t1",))
t2 = threading.Thread(target=run, args=("t2",))
t1.start()
t2.start()

"""
task t1
task t2
2s
2s
1s
1s
0s
0s
"""

2.继承threading.Thread来自定义线程类
其本质是重构Thread类中的run方法

import threading
import time


class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, n):
        super(MyThread, self).__init__()  # 重构run函数必须要写
        self.n = n

    def run(self):
        print("task", self.n)
        time.sleep(1)
        print('2s')
        time.sleep(1)
        print('1s')
        time.sleep(1)
        print('0s')
        time.sleep(1)


if __name__ == "__main__":
    t1 = MyThread("t1")
    t2 = MyThread("t2")

    t1.start()

    t2.start()

二 多进程
在linux中，每个进程都是由父进程提供的。每启动一个子进程就从父进程克隆一份数据，但是进程之间的数据本身是不能共享的。

from multiprocessing import Process
import time
def f(name):
    time.sleep(2)
    print('hello', name)
 
if __name__ == '__main__':
    p = Process(target=f, args=('bob',))
    p.start()
    p.join()
from multiprocessing import Process
import os
 
def info(title):
    print(title)
    print('module name:', __name__)
    print('parent process:', os.getppid())  #获取父进程id
    print('process id:', os.getpid())   #获取自己的进程id
    print("\n\n")
 
def f(name):
    info('\033[31;1mfunction f\033[0m')
    print('hello', name)
 
if __name__ == '__main__':
    info('\033[32;1mmain process line\033[0m')
    p = Process(target=f, args=('bob',))
    p.start()
    p.join()

3.1 进程间通信
由于进程之间数据是不共享的，所以不会出现多线程GIL带来的问题。多进程之间的通信通过Queue()或Pipe()来实现
3.1.1 Queue()
使用方法跟threading里的queue差不多

from multiprocessing import Process, Queue
 
def f(q):
    q.put([42, None, 'hello'])
 
if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    p = Process(target=f, args=(q,))
    p.start()
    print(q.get())    # prints "[42, None, 'hello']"
    p.join()