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进程/线程池、协程、IO模型

分类: IT文章 • 2024-01-27 20:08:18

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1、进程池和线程池

　　multiprocessing为我们提供了一个Pool类,来为用户提供指定的进程数量 供用户调用：
　　1. 当有新的进程提交到Pool时，如果进程池没有满，那么就会创建一个新的进程执行请求，
　　2. 如果进程池已满，则会让请求先等待，直到有进程结束，才会执行该请求​

　　注意：
　　​池子中创建的进程/线程创建一次就不会再创建了
　　至始至终用的都是最初的那几个（可以通过查看进程号 来检验）
　　这样的话节省了反复开辟进程/线程的资源​

　　通过concurrent.futures实现进程/线程池　

# 代码演示（进程/线程池）+（异步回调）
​from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,ProcessPoolExecutor
import time
import os
​
​# 默认是当前计算机cpu的个数​，也可以不传  不传默认是当前所在计算机的cpu个数乘5
pool = ThreadPoolExecutor(5)
​
# pool = ProcessPoolExecutor()  # 默认是当前计算机cpu的个数​
​
def task(n):
    print(n,os.getpid())  # 查看当前进程号
    time.sleep(2)
    return n**2​​
​
def call_back(n):
    print('拿到了异步提交任务的返回结果:',n.result())​​
​
"""
异步回调机制:当异步提交的任务有返回结果之后，会自动触发回调函数的执行
"""
if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        res = pool.submit(task,i).add_done_callback(call_back)  # 提交任务的时候 绑定一个回调函数 一旦该任务有结果 立刻执行对于的回调函数
​​
'''执行结果：
0 11600
1 11600
2 11600
3 11600
4 11600
拿到了异步提交任务的返回结果: 0
5 11600
拿到了异步提交任务的返回结果: 9
6 11600
拿到了异步提交任务的返回结果: 4
拿到了异步提交任务的返回结果: 1
7 11600
8 11600
拿到了异步提交任务的返回结果: 16
9 11600
拿到了异步提交任务的返回结果: 25
拿到了异步提交任务的返回结果: 49
拿到了异步提交任务的返回结果: 64
拿到了异步提交任务的返回结果: 36
拿到了异步提交任务的返回结果: 81
'''​​
（进程/线程池）+（异步回调）

2、协程

　　协程就是通过单线程实现并发        
对比进程来理解：
    进程：资源单位
    线程：执行单位
    协程：单线程下实现并发
    
    并发
        切换+保存状态
        ps:看起来像同时执行的 就可以称之为并发
    
    协程:完全是程序员自己意淫出来的名词
        单线程下实现并发
    
    并发的条件？
        多道技术
            空间上的复用（硬件资源的复用）
            时间上的复用（切换+保存状态​​​）
对比进程来理解 
程序员自己通过代码自己检测程序中的IO
一旦遇到IO自己通过代码切换
给操作系统的感觉是你这个线程没有任何的IO
​
欺骗操作系统 让它误认为你这个程序一直没有IO
从而保证程序在运行态和就绪态来回切换
​提升代码的运行效率​​
如何实现协程 
"""
需要找到一个能够识别IO的一个工具：gevent模块
注意gevent模块没办法自动识别time.sleep等io情况
需要你手动再配置一个参数​：导入monkey
"""

from gevent import monkey;monkey.patch_all()  
# 由于该模块经常被使用 所以建议写成一行，用分号隔开
from gevent import spawn
import time

def heng():
    print("哼")
    time.sleep(2)
    print('哼')
​
def ha():
    print('哈')
    time.sleep(3)
    print('哈')
​
def heiheihei():
    print('嘿嘿嘿')
    time.sleep(5)
    print('嘿嘿嘿')
​
start = time.time()
g1 = spawn(heng)
g2 = spawn(ha)  # spawn会检测所有的任务
g3 = spawn(heiheihei)
​
g1.join()
g2.join()
g3.join()
​
print(time.time() - start)
​
'''执行结果：

​'''​​
代码实现协程（gevent模块）

　　协程的应用

　　​需求：
　　​1. 客户端与服务端通信
　　​​2. 多个客户端（多线程）向服务端发送请求
　　​3. 服务端​用一个线程并发处理这多个请求
# 客户端​
import socket
from threading import Thread,current_thread
​
def client():
    client = socket.socket()
    client.connect(('127.0.0.1',8080))
​
    n = 0
    while True:
        data = '%s %s'%(current_thread().name,n)
        client.send(data.encode('utf-8'))
        res = client.recv(1024)
        print(res.decode('utf-8'))
        n += 1
​
for i in range(400):
    t = Thread(target=client)
    t.start()​
客户端 
# 服务端
​​​from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import socket
from gevent import spawn
​
server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1',8080))
server.listen(5)
​
def talk(conn):
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            if len(data) == 0:break
            print(data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        except ConnectionResetError as e:
            print(e)
            break
    conn.close()
​
def server1():
    while True:
        conn, addr = server.accept()
        spawn(talk,conn)
​
if __name__ == '__main__':
    g1 = spawn(server1)
    g1.join()
服务端

 3、IO模型

　　blocking IO          阻塞IO
　　nonblocking IO       非阻塞IO
　　IO multiplexing      IO多路复用
　　signal driven IO     信号驱动IO
　　asynchronous IO      异步IO

　　阻塞IO模型

　　理解：
　　等待数据和拷贝数据两个阶段 都被阻塞

　　缺点：
　　阻塞导致效率低，​
　　通过线程池可以缓解，但是需要根据响应的规模手动调节池的大小
　　可以考虑非阻塞IO模型​​

进程/线程池、协程、IO模型

　　非阻塞IO

　　理解：
　　用户进程其实是需要 不断的主动询问kernel 数据准备好了没有，​仅在拷贝数据的时候阻塞

　　缺点：
　　1. 循环调用recv()将大幅度推高CPU占用率；
　　这也是我们在代码中留一句time.sleep(2)的原因,否则在低配主机下极容易出现卡机情况​
　　2. 任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，
　　而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。这会导致整体数据吞吐量的降低。

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　　异步IO模型

　　理解
　　进程发起read之后，立刻去执行下一行代码，​
　　等内核处理完，并将数据放到内存后，才通知进程去拿

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　　IO多路复用模型

　　理解
　　通过select来监测处理结果，
　　内核给select响应之后，由进程本身(recvfrom)接收返回的数据

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