- 为什么要引入并发编程?
- 有哪些程序提速方法
- python对并发编程的支持
1、 为什么要引入并发编程?
提升程序运行的速度
进阶的必备能力
2、有哪些程序提速的方法
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单线程串行 不加改造的程序
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多线程并发 threading
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多CPU并行 multiprocessing
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多机器并行 hadoop/hive/spark
3、python对并发编程的支持
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多线程:threading,利用CPU和IO可以同时执行的原理。
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多进程:multiprocessing,利用多核CPU的能力,真正的并行执行任务
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异步IO:asyncio,在单线程利用CPU和IO同时执行的原理,实现函数异步执行
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使用Lock对资源加锁,防止冲突访问
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使用Queue实现不同线程/进程之间的数据通信,实现生产者-消费者模式
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使用线程池Pool/进程池Pool,简化线程/进程的任务提交,等待结果,获取结果
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使用subprocess启动外部程序的进程,并进行输入输出的交互
三种并发编程方式:多线程Thread、多进程Process、多协程Coroutine
- 什么时CPU密集型计算、IO密集型计算?
- 多线程、多进程、多协程的对比
- 怎样根据任务选择对应技术?
1、什么时CPU密集型计算、IO密集型计算?
- CPU密集型(CPU-bound):CPU密集型也叫计算密集型,是指I/O在很短的时间就可以完成,CPU需要大量的计算和处理,特点时CPU占用率相当高,例如:压缩解压缩、加密解密、正则表达式搜索
- IO密集型(IO-bound):IO密集型指的是系统运作大部分的情况是CPU在等I/O(硬盘/内存)的读/写操作,CPU占用率仍然很低。例如:文件处理程序、网络爬虫程序、读写数据库程序
2、多线程、多进程、多协程的对比
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多进程:Process(multiprocessing)
- 优点:可以利用多核CPU并行运算
- 缺点:占用资源最多、可启动数目比线程少
- 适用于CPU密集型计算
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多线程Thread(threading):
- 优点:相比进程,更轻量级、占用资源少。
- 缺点:
- 相比进程:多线程只能并发执行,不能利用多CPU(GIL)。
- 相比协程:启动数目有限制,占用内存资源,有线程切换开销
- 适用于IO密集型计算、同时运行的任务数目要求不多
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多协程Coroutine(asyncio)
- 优点:内存开销最少、启动协程睡昂最多
- 缺点:支持的库有限制(aiohttp vs requests)、代码实现复杂
- 适用于:IO密集型计算、需要超多任务运行、但有现成库支持的场景
3、怎样根据任务选择对应技术?
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CPU密集型:使用多进程 multiprocessing
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IO密集型:满足操作任务量、有现成协程库支持、协程实现复杂度可接受,使用多协程asyncio,否则使用多线程threading
- python速度慢的两大原因
- GIL是什么?
- 为什么有GIL这个东西?
- 怎样规避GIL带来的限制?
1、 python速度慢的两大原因
- 动态类语言,边接时边执行
- GIL,无法利用多核CPU并发执行
2、GIL是什么?
全局解释器锁(英语:Global Interpreter Lock,缩写GIL)。
是计算机程序设酒宴解释器用于同步线程的一种机制,它使得任何时刻仅有一个线程在执行。
即便在多核心处理器上,使用GIL的解释器也只允许同一时间执行一个线程。
3、为什么有GIL这个东西?
python设计初期,为了规避并发问题引入GIL,现在想去除却去除不掉了
为了解决多线程之间数据完整性和状态同步问题
python中对象的管理,是使用引用计数器进行的,引用数为0则释放对象。
开始:线程A和线程B都引用了对象obj,obj.ref_num = 2,线程A和B都想撤销对obj的引用
4、怎样规避GIL带来的限制?
- 多线程thread机制依然是有用的,用于IO密集型计算
因为在I/O(read,write,send,recv,etc.)期间,线程会释放GIL,实现CPU和IO的并行因此多线程用于IO密集型计算依然可以大幅提升速度
但是多线程用于CPU密集计算时,只会更加拖慢速度
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使用multiprocessing的多进程机制实现并行计算、利用多核CPU优势
为了应对GIL的问题,python提供了multiprocessing
- python创建多线程的方法
- 改写爬虫程序,编程多线程爬取
- 速度对比:单线程爬虫 vs 多线程爬虫
1、python创建多线程的方法
- 准备一个函数
def my_func(a,b): do_craw(a,b)
- 创建一个线程
import threading t = threading.Thread(target=my_func,args(100,200))
- 启动线程
t.start()
- 等待结束
t.join()五、生产者消费者模式
- 多组件的Pipeline技术架构
- 生产者消费者爬虫的架构
- 多线程数据通信的queue.Queue
- 代码编写实现生产者消费者爬虫
1、多组件的Pipeline技术架构
2、生产者消费者爬虫的架构
3、多线程数据通信的queue.Queue
- queue.Queue可以用于多线程之间的、线程安全的数据通信
- 导入类库
import queue
- 创建queue
q = queue.Queue()
- 添加元素
q.put(item)
- 获取元素
item = q.get()
- 查询状态
# 查看元素的多少 q.qseze() #判断是否为空 q.empty() #判断是否已满 q.full()六、线程安全问题以及Lock解决方案
- 线程安全概念介绍
- Lock用于解决线程安全问题
- 示例代码演示问题以及解决方案
1、线程安全概念介绍
- 线程安全指猴哥函数、函数库在多线程环境中被调用时,能够正确地处理多个线程之间的共享变量,使程序功能正确完成。
- 由于线程的执行会随时发生切换,就造成了不可预料的结果,出现线程不安全
2、Lock用于解决线程安全问题
- 用法一:try-finally模式
import threading lock = threding.Lock() lock.acquire() try: # do something finally: lock.release()
- 用法二:with模式
import threading lock = threading.Lock() with lock: # do something七、好用的线程池ThreadPoolExecutor
- 线程池的原理
- 使用线程池的好处
- 使用线程池改造爬虫程序
1、线程池的原理
新建线程系统需要分配资源、终止线程系统需要回收资源,如果可以重用线程,则可以减去新建/终止线程的开销
2、使用线程池的好处
- 提升性能:因为减去了大量新建、终止线程的开销,重用了线程资源;
- 使用场景:适合处理突发性大量请求或大量线程完成任务、但实际任务处理时间较短
- 防御功能:能有效避免系统因为创建线程过多,而导致系统负荷过大相应便面等问题
- 代码又是:使用线程池的语法比自己新建线程执行线程更加简洁
3、ThreadPoolExcutor的使用语法
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,as_completed
用法一:map函数,很简单,注意map的结果和入参是顺序对应的
with ThreadPoolExecutor() as pool: results = pool.map(craw, urls) for res in results: print(res)
用法二:future模式,更强大,注意如果用as_completed顺序是不定的
with ThreadPoolExecutor() ad pool: futures = [pool.submit(craw, url) for url im urls] for future in futures: print(future.result()) for future in as_completed(futures): print(future.result())八、在web服务中使用线程池加速
- web服务的架构以及特点
- 使用线程池ThreadPoolExecutor加速
- 代码用Flask实现web服务并实现加速
1、web服务的架构以及特点
2、使用线程池ThreadPoolExecutor加速
使用线程池ThreadPoolExecutor的好处:
- 方便的将磁盘文件、数据库、远程API的IO调用并发执行
- 线程池的线程数目不会无线创建(导致系统挂掉),具有防御功能
- 有了多线程threading,为什么还要用多进程multiprocessing
- 多进程multiprocessing知识梳理
- 代码实战:单线程、多线程、多进程对比CPU密度计算速度
1、有了多线程threading,为什么还要用多进程multiprocessing
如果遇到了CPU密集型计算,多线程反而会降低执行速度!
2、多进程multiprocessing知识梳理
3、代码实战:单线程、多线程、多进程对比CPU密集计算速度
十、python异步IO实现并发爬虫- 协程:在单线程内实现并发
- 核心原理:用一个超级循环(其实就是while true)循环
- 核心原理:配合IO多路复用原理(IO时CPU可以干其他事情)
- python异步IO库介绍:asyncio
import asyncio #获取时间循环 loop = asyncio.get_event_loop() #定义协程 async def myfunc(url): await get_url(url) #创建tasks列表 tasks = [loop.create_task(myfunc(url)) for url in urls] #执行爬虫时间列表 loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))十一、在异步IO中使用信号量控制爬虫并发度
信号量(Semaphore)
信号量(Semaphore)又称为信号量、旗语
是一个同步对象,用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值
- 当线程完成一次对该semaphore对象的等待(wait)时,该计数值减一;
- 当线程完成一次对semaphore对象的释放(release)时,计数值加一。
- 当计数值为0,则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成singnaled状态
- semaphore对象的计数值大于0,为signaled状态;计数值等于0,为nonsignaled状态。
使用方式1:
sem = asyncio.Semaphore(10) async with sem: #work with shared resource
使用方式2:
sem = asyncio.Semaphore(10) await sem.acquire() try: # work with shared resource finally: sem.release()



