一、什么是進(jìn)程和線程?

進(jìn)程是分配資源的最小單位，線程是系統(tǒng)調(diào)度的最小單位。

當(dāng)應(yīng)用程序運行時最少會開啟一個進(jìn)程，此時計算機(jī)會為這個進(jìn)程開辟獨立的內(nèi)存空間，不同的進(jìn)程享有不同的空間，而一個CPU在同一時刻只能夠運行一個進(jìn)程，其他進(jìn)程處于等待狀態(tài)。

一個進(jìn)程內(nèi)部包括一個或者多個線程，這些線程共享此進(jìn)程的內(nèi)存空間與資源。相當(dāng)于把一個任務(wù)又細(xì)分成若干個子任務(wù)，每個線程對應(yīng)一個子任務(wù)。

二、多進(jìn)程和多線程?

對于一個CPU來說，在同一時刻只能運行一個進(jìn)程或者一個線程，而單核CPU往往是在進(jìn)程或者線程間切換執(zhí)行，每個進(jìn)程或者線程得到一定的CPU時間，由于切換的速度很快，在我們看來是多個任務(wù)在并行執(zhí)行（同一時刻多個任務(wù)在執(zhí)行），但實際上是在并發(fā)執(zhí)行（一段時間內(nèi)多個任務(wù)在執(zhí)行）。

單核CPU的并發(fā)往往涉及到進(jìn)程或者線程的切換，進(jìn)程的切換比線程的切換消耗更多的時間與資源。在單核CPU下，CPU密集的任務(wù)采用多進(jìn)程或多線程不會提升性能，而在IO密集的任務(wù)中可以提升（IO阻塞時CPU空閑）。

而多核CPU就可以做到同時執(zhí)行多個進(jìn)程或者多個進(jìn)程，也就是并行運算。在擁有多個CPU的情況下，往往使用多進(jìn)程或者多線程的模式執(zhí)行多個任務(wù)。

三、python中的多進(jìn)程和多線程

1、多進(jìn)程

def Test(pid):
? ? print("當(dāng)前進(jìn)程{}：{}".format(pid, os.getpid()))
? ? for i in range(1000000000):
? ? ? ? pass
if __name__ == '__main__':
? ? #單進(jìn)程
? ? start = time.time()
? ? for i in range(2):
? ? ? ? Test(i)
? ? end = time.time()
? ? print((end - start))

單進(jìn)程輸出結(jié)果如圖：

def Test(pid):
? ? print("當(dāng)前子進(jìn)程{}：{}".format(pid, os.getpid()))
? ? for i in range(100000000):
? ? ? ? pass
if __name__ == '__main__':
? ? #多進(jìn)程
? ? print("父進(jìn)程：{}".format(os.getpid()))
? ? start = time.time()
? ? pool = Pool(processes=2)
? ? pid = [i for i in range(2)]
? ? pool.map(Test, pid)
? ? pool.close()
? ? pool.join()
? ? end = time.time()
? ? print((end - start))

多進(jìn)程輸出結(jié)果如圖：

從輸出結(jié)果可以看出都是執(zhí)行兩次for循環(huán)，多進(jìn)程比單進(jìn)程減少了近乎一半的時間（這里使用了兩個進(jìn)程），并且查看CPU情況可以看出多進(jìn)程利用了多個CPU。

python中的多進(jìn)程可以利用mulitiprocess模塊的Pool類創(chuàng)建，利用Pool的map方法來運行子進(jìn)程。

一般多進(jìn)程的執(zhí)行如下代碼：

def Test(pid):
? ? print("當(dāng)前子進(jìn)程{}：{}".format(pid, os.getpid()))
? ? for i in range(100000000):
? ? ? ? pass
if __name__ == '__main__':
? ? #多進(jìn)程
? ? print("父進(jìn)程：{}".format(os.getpid()))
? ? pool = Pool(processes=2)
? ? pid = [i for i in range(4)]
? ? pool.map(Test, pid)
? ? pool.close()
? ? pool.join()

1、利用Pool類創(chuàng)建一個進(jìn)程池，processes聲明在進(jìn)程池中最多可以運行幾個子進(jìn)程，不聲明的情況下會自動根據(jù)CPU數(shù)量來設(shè)定，原則上進(jìn)程池容量不超過CPU數(shù)量。（出于資源的考慮，不要創(chuàng)建過多的進(jìn)程）

2、聲明一個可迭代的變量，該變量的長度決定要執(zhí)行多少次子進(jìn)程。

3、利用map()方法執(zhí)行多進(jìn)程，map方法兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是多進(jìn)程執(zhí)行的方法名，第二個參數(shù)是第二步聲明的可迭代變量，里面的每一個元素是方法所需的參數(shù)。 這里需要注意幾個點：1）進(jìn)程池滿的時候請求會等待，以上述代碼為例，聲明了一個容量為2的進(jìn)程池，但是可迭代變量有4個，那么在執(zhí)行的時候會先創(chuàng)建兩個子進(jìn)程，此時進(jìn)程池已滿，等待有子進(jìn)程執(zhí)行完成，才繼續(xù)處理請求；

2） 子進(jìn)程處理完一個請求后，會利用已經(jīng)創(chuàng)建好的子進(jìn)程繼續(xù)處理新的請求而不會重新創(chuàng)建進(jìn)程。

從圖3可以看出上述兩個點，如果同時處理4個進(jìn)程，那么只需要2秒鐘，這里是分成兩次處理，花費了4秒，并且兩次處理使用的子進(jìn)程號都相同。

3）map會將每個子進(jìn)程的返回值匯總成一個列表返回。

4、在所有請求處理結(jié)束后使用close()方法關(guān)閉進(jìn)程池不再接受請求。

5、使用join()方法讓主進(jìn)程阻塞，等待子進(jìn)程退出，join()方法要放在close()方法之后，防止主進(jìn)程在子進(jìn)程結(jié)束之前退出。

2、多線程

python的多線程模塊用threading類進(jìn)行創(chuàng)建

import time
import threading
import os
count = 0
def change(n):
? ? global count
? ? count = count + n
? ? count = count - n
def run(n):
? ? print("當(dāng)前子線程:{}".format(threading.current_thread().name))
? ? for i in range(10000000):
? ? ? ? change(n)
if __name__ == '__main__':
? ? print("主線程:{}".format(threading.current_thread().name))
? ? thread_1 = threading.Thread(target=run, args=(3,))
? ? thread_2 = threading.Thread(target=run, args=(10,))
? ? thread_1.start()
? ? thread_2.start()
? ? thread_1.join()
? ? thread_2.join()
? ? print(count)

程序執(zhí)行會創(chuàng)建一個進(jìn)程，進(jìn)程會默認(rèn)啟動一個主線程，使用threading.Thread()創(chuàng)建子線程；target為要執(zhí)行的函數(shù)；args傳入函數(shù)需要的參數(shù)；start()啟動子線程，join()阻塞主線程先運行子線程。 由于變量由多個線程共享，任何一個線程都可以對于變量進(jìn)行修改，如果同時多個線程修改變量就會出現(xiàn)錯誤。

上面的程序在理論上的結(jié)果應(yīng)該為0，但運行結(jié)果如圖：

出現(xiàn)這個結(jié)果的原因就是多個線程同時對于變量修改，在賦值時出現(xiàn)錯誤，具體解釋見多線程

解決這個問題就是在修改變量的時候加鎖，這樣就可以避免出現(xiàn)多個線程同時修改變量。

import time
import threading
import os
count = 0
lock = threading.Lock()
def change(n):
? ? global count
? ? count = count + n
? ? count = count - n
def run(n):
? ? print("當(dāng)前子線程:{}".format(threading.current_thread().name))
? ? for i in range(10000000):
? ? ? ? # lock.acquire()
? ? ? ? # try:
? ? ? ? ? ? change(n)
? ? ? ? # finally:
? ? ? ? # ? ? lock.release()
if __name__ == '__main__':
? ? print("主線程:{}".format(threading.current_thread().name))
? ? thread_1 = threading.Thread(target=run, args=(3,))
? ? thread_2 = threading.Thread(target=run, args=(10,))
? ? thread_1.start()
? ? thread_2.start()
? ? thread_1.join()
? ? thread_2.join()
? ? print(count)

python中的線程需要先獲取GIL（Global Interpreter Lock）鎖才能繼續(xù)運行，每一個進(jìn)程僅有一個GIL，線程在獲取到GIL之后執(zhí)行100字節(jié)碼或者遇到IO中斷時才會釋放GIL，這樣在CPU密集的任務(wù)中，即使有多個CPU，多線程也是不能夠利用多個CPU來提高速率，甚至可能會因為競爭GIL導(dǎo)致速率慢于單線程。所以對于CPU密集任務(wù)往往使用多進(jìn)程，IO密集任務(wù)使用多線程。