多任务编程

3. 多任务编程

多任务是指在同一时间内执行多个任务，例如: 现在电脑安装的操作系统都是多任务操作系统，可以同时运行着多个软件

3.1 多任务执行方式

3.1.1 并发

• 在一段时间内交替去执行任务。

3.1.2 并行

• 对于多核cpu处理多任务，操作系统会给cpu的每个内核安排一个执行的软件
• 多个内核是真正的一起执行软件。这里需要注意多核cpu是并行的执行多任务，始终有多个软件一起执行

3.2 进程

一个正在运行的程序或者软件就是一个进程，它是操作系统进行资源分配的基本单位

一个程序运行后至少有一个进程，一个进程默认有一个线程，进程里面可以创建多个线程，线程是依附在进程里面的，没有进程就没有线程

多进程可以完成多任务

3.2.1 多进程的使用

• 进程包

  • multiprocessing

• Process进程类的说明 Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

  • group：指定进程组，目前只能使用None
  • target：执行的目标任务名
  • name：进程名字
  • args：以元组方式给执行任务传参
  • kwargs：以字典方式给执行任务传参

• Process创建的实例对象的常用方法

  • start()：启动子进程实例（创建子进程）
  • join()：等待子进程执行结束
  • terminate()：不管任务是否完成，立即终止子进程

3.2.2 获取进程编号

• 获取当前进程编号 os.getpid()
• 获取当前父进程编号 os.getppid()
• 获取进程编号可以查看父子进程的关系

3.2.3 进程执行带有参数的任务

• args参数

  • 元组

    • 元组方式传参一定要和参数的顺序保持一致。

• kwargs参数

  • 字典

    • 字典方式传参字典中的key一定要和参数名保持一致。

3.2.4 注意点

• 进程之间不共享全局变量

  • 创建子进程会对主进程资源进行拷贝，也就是说子进程是主进程的一个副本，好比是一对双胞胎，之所以进程之间不共享全局变量，是因为操作的不是同一个进程里面的全局变量，只不过不同进程里面的全局变量名字相同而已。

• 主进程会等待所有的子进程执行结束再结束

• 如何让主进程退出子进程销毁，不让主进程再等待子进程去执行

  • 守护主进程

    • 子进程对象.daemon = True

  • 销毁子进程方式

    • 子进程对象.terminate()

• 进程之间执行也是无序的

  • 由操作系统调度决定

3.3 线程

线程是cpu调度的基本单位，每个进程至少都有一个线程，而这个线程就是我们通常说的主线程

多线程也可以完成多任务

3.3.1 多线程的使用

• 线程模块

  • threading

• 线程类Thread参数说明

  • Thread([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

    • group: 线程组，目前只能使用None
    • target: 执行的目标任务名
    • args: 以元组的方式给执行任务传参
    • kwargs: 以字典方式给执行任务传参
    • name: 线程名，一般不用设置

• sub_thread = threading.Thread(target=任务名)

• 启动线程

  • start方法

3.3.2 线程执行带有参数的任务

• args参数

  • 元组方式传参一定要和参数的顺序保持一致。

• kwargs参数

  • 字典方式传参字典中的key一定要和参数名保持一致。

3.3.3 注意点

• 线程之间执行是无序的

  • 由cpu调度决定

• 主线程会等待所有的子线程执行结束再结束

  • 如何让主线程退出子线程销毁，不让主线程再等待子线程去执行

    • 守护主线程

      • threading.Thread(target=show_info, daemon=True)
      • 程对象.setDaemon(True)

• 线程之间共享全局变量

• 程之间共享全局变量数据出现错误问题

  • 解决办法： 线程同步

    • 线程等待 join()

      • th1.start()
        th1.join()
        th2.start()

    • 互斥锁

3.4 互斥锁

对共享数据进行锁定，保证同一时刻只能有一个线程去操作

3.4.1 使用

• 创建锁

  • mutex = threading.Lock()

• 上锁

  • mutex.acquire()

• 开锁(解放锁)

  • mutex.release()

3.4.2 注意点

• acquire和release方法之间的代码同一时刻只能有一个线程去操作
• 如果在调用acquire方法的时候 其他线程已经使用了这个互斥锁，那么此时acquire方法会堵塞，直到这个互斥锁释放后才能再次上锁

加上互斥锁多任务瞬间变成单任务，性能会下降，也就是说同一时刻只能有一个线程去执行

3.5 死锁

一直等待对方释放锁的情景就是死锁

结果

• 会造成应用程序的停止响应，不能再处理其它任务

3.5.1 避免死锁

• 要在合适的地方释放锁

3.6 进程和线程对比

3.6.1 关系对比

• 线程是依附在进程里面的，没有进程就没有线程。
• 一个进程默认提供一条线程，进程可以创建多个线程。

3.6.2 区别对比

• 进程之间不共享全局变量
• 线程之间共享全局变量，但是要注意资源竞争的问题，解决办法: 互斥锁或者线程同步
• 创建进程的资源开销要比创建线程的资源开销要大
• 进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位
• 线程不能够独立执行，必须依存在进程中
• 多进程开发比单进程多线程开发稳定性要强

3.6.3 优缺点对比

• 进程优缺点:
  优点：可以用多核
  缺点：资源开销大
• 线程优缺点:
  优点：资源开销小
  缺点：不能使用多核