處理python中多線程與多進(jìn)程中的數(shù)據(jù)共享問題

更新時間：2019年07月28日 08:47:53 作者：楊彥星

這篇文章主要介紹了python中多線程與多進(jìn)程中的數(shù)據(jù)共享問題，本文給大家介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下

之前在寫多線程與多進(jìn)程的時候，因?yàn)橐话闱闆r下都是各自完成各自的任務(wù)，各個子線程或者各個子進(jìn)程之前并沒有太多的聯(lián)系，如果需要通信的話我會使用隊(duì)列或者數(shù)據(jù)庫來完成，但是最近我在寫一些多線程與多進(jìn)程的代碼時，發(fā)現(xiàn)如果它們需要用到共享變量的話，需要有一些注意的地方

多線程之間的共享數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型在線程間共享

看以下代碼

#coding:utf-8
import threading
def test(name,data):
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data,id(data)))
if __name__ == '__main__':
  d = 5
  name = "楊彥星"
  for i in range(5):
    th = threading.Thread(target=test,args=(name,d))
    th.start()

這里我創(chuàng)建一個全局的int變量d,它的值是5，當(dāng)我在5個線程中調(diào)用test函數(shù)時，將d作為參數(shù)傳進(jìn)去，那么這5個線程所擁有的是同一個d嗎？我在test函數(shù)中通過 id(data) 來打印一下它們的ID，得到了如下的結(jié)果

in thread <Thread(Thread-1, started 6624)> name is 楊彥星
data is 5 id(data) is 1763791776
in thread <Thread(Thread-2, started 8108)> name is 楊彥星
data is 5 id(data) is 1763791776
in thread <Thread(Thread-3, started 3356)> name is 楊彥星
data is 5 id(data) is 1763791776
in thread <Thread(Thread-4, started 13728)> name is 楊彥星
data is 5 id(data) is 1763791776
in thread <Thread(Thread-5, started 3712)> name is 楊彥星
data is 5 id(data) is 1763791776

從結(jié)果中可以看到，在5個子線程中，data的id都是1763791776，說明在主線程中創(chuàng)建了變量d，在子線程中是可以共享的，在子線程中對共享元素的改變是會影響到其它線程的，所以如果要對共享變量進(jìn)行修改時，也就是線程不安全的，需要加鎖。

自定義類型對象在線程間共享

如果我們要自定義一個類呢，將一個對象作為變量在子線程中傳遞呢？會是什么效果呢？

#coding:utf-8
import threading
class Data:
  def __init__(self,data=None):
    self.data = data
  def get(self):
    return self.data
  def set(self,data):
    self.data = data
def test(name,data):
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data.get(),id(data)))
if __name__ == '__main__':
  d = Data(10)
  name = "楊彥星"
  print("in main thread id(data) is {}".format(id(d)))
  for i in range(5):
    th = threading.Thread(target=test,args=(name,d))
    th.start()

這里我定義一個簡單的類，在主線程初始化了一個該類型的對象d,然后將它作為參數(shù)傳給子線程，主線程和子線程分別打印了這個對象的id，我們來看一下結(jié)果

in main thread id(data) is 2849240813864
in thread <Thread(Thread-1, started 11648)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2849240813864
in thread <Thread(Thread-2, started 11016)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2849240813864
in thread <Thread(Thread-3, started 10416)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2849240813864
in thread <Thread(Thread-4, started 8668)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2849240813864
in thread <Thread(Thread-5, started 4420)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2849240813864

我們看到，在主線程和子線程中，這個對象的id是一樣的，說明它們用的是同一個對象。

無論是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型還是復(fù)雜的自定義數(shù)據(jù)類型，它們在多線程之間是共享同一個的，但是在多進(jìn)程中是這樣的嗎？

多進(jìn)程之間的共享數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型在進(jìn)程間共享

還是上面的代碼，我們先來看一下int類型的變量的子進(jìn)程間的共享

#coding:utf-8
import threading
import multiprocessing
def test(name,data):
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data,id(data)))
if __name__ == '__main__':
  d = 10
  name = "楊彥星"
  print("in main thread id(data) is {}".format(id(d)))
  for i in range(5):
    pro = multiprocessing.Process(target=test,args=(name,d))
    pro.start()

得到的結(jié)果是

in main thread id(data) is 1763791936
in thread <_MainThread(MainThread, started 9364)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1763791936
in thread <_MainThread(MainThread, started 9464)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1763791936
in thread <_MainThread(MainThread, started 3964)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1763791936
in thread <_MainThread(MainThread, started 10480)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1763791936
in thread <_MainThread(MainThread, started 13608)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1763791936

可以看到它們的id是一樣的，說明用的是同一個變量，但是當(dāng)我嘗試把d由int變?yōu)榱藄tring時，發(fā)現(xiàn)它們又不一樣了……

if __name__ == '__main__':
  d = 'yangyanxing'
  name = "楊彥星"
  print("in main thread id(data) is {}".format(id(d)))
  for i in range(5):
    pro = multiprocessing.Process(target=test,args=(name,d))
    pro.start()

此時得到的結(jié)果是

in main thread id(data) is 2629633397040
in thread <_MainThread(MainThread, started 9848)> name is 楊彥星
data is yangyanxing id(data) is 1390942032880
in thread <_MainThread(MainThread, started 988)> name is 楊彥星
data is yangyanxing id(data) is 2198251377648
in thread <_MainThread(MainThread, started 3728)> name is 楊彥星
data is yangyanxing id(data) is 2708672287728
in thread <_MainThread(MainThread, started 5288)> name is 楊彥星
data is yangyanxing id(data) is 2376058999792
in thread <_MainThread(MainThread, started 12508)> name is 楊彥星
data is yangyanxing id(data) is 2261044040688

于是我又嘗試了list、Tuple、dict，結(jié)果它們都是不一樣的，我又回過頭來試著在多線程中使用列表元組和字典，結(jié)果它們還是一樣的。

這里有一個有趣的問題，如果是int類型，當(dāng)值小于等于256時，它們在多進(jìn)程間的id是相同的，如果大于256，則它們的id就會不同了，這個我沒有查看原因。

自定義類型對象在進(jìn)程間共享

#coding:utf-8
import threading
import multiprocessing
class Data:
  def __init__(self,data=None):
    self.data = data
  def get(self):
    return self.data
  def set(self,data):
    self.data = data
def test(name,data):
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data.get(),id(data)))

if __name__ == '__main__':
  d = Data(10)
  name = "楊彥星"
  print("in main thread id(data) is {}".format(id(d)))
  for i in range(5):
    pro = multiprocessing.Process(target=test,args=(name,d))
    pro.start()

得到的結(jié)果是

in main thread id(data) is 1927286591728
in thread <_MainThread(MainThread, started 2408)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1561177927752
in thread <_MainThread(MainThread, started 5728)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2235260514376
in thread <_MainThread(MainThread, started 1476)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2350586073040
in thread <_MainThread(MainThread, started 996)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 2125002248088
in thread <_MainThread(MainThread, started 10740)> name is 楊彥星
data is 10 id(data) is 1512231669656

可以看到它們的id是不同的，也就是不同的對象。

在多進(jìn)程間如何共享數(shù)據(jù)

我們看到，數(shù)據(jù)在多進(jìn)程間是不共享的(小于256的int類型除外)，但是我們又想在主進(jìn)程和子進(jìn)程間共享一個數(shù)據(jù)對象時該如何操作呢？

在看這個問題之前，我們先將之前的多線程代碼做下修改

#coding:utf-8
import threading
import multiprocessing
class Data:
  def __init__(self,data=None):
    self.data = data
  def get(self):
    return self.data
  def set(self,data):
    self.data = data
def test(name,data,lock):
  lock.acquire()
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data,id(data)))
  data.set(data.get()+1)
  lock.release()
if __name__ == '__main__':
  d = Data(0)
  thlist = []
  name = "yang"
  lock = threading.Lock()
  for i in range(5):
    th = threading.Thread(target=test,args=(name,d,lock))
    th.start()
    thlist.append(th)
  for i in thlist:
    i.join()
  print(d.get())

我們這個代碼的目的是這樣，使用自定義的Data類型對象，當(dāng)經(jīng)過5個子線程操作以后，每個子線程對其data值進(jìn)行加1操作，最后在主線程打印對象的data值。

該輸出結(jié)果如下

in thread <Thread(Thread-1, started 3296)> name is yang
data is <__main__.Data object at 0x000001A451139198> id(data) is 1805246501272
in thread <Thread(Thread-2, started 9436)> name is yang
data is <__main__.Data object at 0x000001A451139198> id(data) is 1805246501272
in thread <Thread(Thread-3, started 760)> name is yang
data is <__main__.Data object at 0x000001A451139198> id(data) is 1805246501272
in thread <Thread(Thread-4, started 1952)> name is yang
data is <__main__.Data object at 0x000001A451139198> id(data) is 1805246501272
in thread <Thread(Thread-5, started 5988)> name is yang
data is <__main__.Data object at 0x000001A451139198> id(data) is 1805246501272

可以看到在主線程最后打印出來了5，符合我們的預(yù)期，但是如果放到多進(jìn)程中呢？因?yàn)槎噙M(jìn)程下，每個子進(jìn)程所持有的對象是不同的，所以每個子進(jìn)程操作的是各自的Data對象，對于主進(jìn)程的Data對象應(yīng)該是沒有影響的，我們來看下它的結(jié)果

#coding:utf-8
import threading
import multiprocessing
class Data:
  def __init__(self,data=None):
    self.data = data
  def get(self):
    return self.data
  def set(self,data):
    self.data = data
def test(name,data,lock):
  lock.acquire()
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data,id(data)))
  data.set(data.get()+1)
  lock.release()
if __name__ == '__main__':
  d = Data(0)
  thlist = []
  name = "yang"
  lock = multiprocessing.Lock()
  for i in range(5):
    th = multiprocessing.Process(target=test,args=(name,d,lock))
    th.start()
    thlist.append(th)
  for i in thlist:
    i.join()
  print(d.get())

它的輸出結(jié)果是:

in thread <_MainThread(MainThread, started 7604)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001D110130EB8> id(data) is 1997429477048
in thread <_MainThread(MainThread, started 12108)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000002C4E88E0E80> id(data) is 3044738469504
in thread <_MainThread(MainThread, started 3848)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x0000027827270EF0> id(data) is 2715076202224
in thread <_MainThread(MainThread, started 12368)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000002420EA80E80> id(data) is 2482736991872
in thread <_MainThread(MainThread, started 4152)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001B1577F0E80> id(data) is 1861188783744

最后的輸出是0，說明了子進(jìn)程對于主進(jìn)程傳入的Data對象操作其實(shí)對于主進(jìn)程的對象是不起作用的，我們需要怎樣的操作才能實(shí)現(xiàn)子進(jìn)程可以操作主進(jìn)程的對象呢？我們可以使用 multiprocessing.managers 下的 BaseManager 來實(shí)現(xiàn)

#coding:utf-8
import threading
import multiprocessing
from multiprocessing.managers import BaseManager
class Data:
  def __init__(self,data=None):
    self.data = data
  def get(self):
    return self.data
  def set(self,data):
    self.data = data
BaseManager.register("mydata",Data)
def test(name,data,lock):
  lock.acquire()
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data,id(data)))
  data.set(data.get()+1)
  lock.release()
def getManager():
  m = BaseManager()
  m.start()
  return m
if __name__ == '__main__':
  manager = getManager()
  d = manager.mydata(0)
  thlist = []
  name = "yang"
  lock = multiprocessing.Lock()
  for i in range(5):
    th = multiprocessing.Process(target=test,args=(name,d,lock))
    th.start()
    thlist.append(th)
  for i in thlist:
    i.join()
  print(d.get())

使用 from multiprocessing.managers import BaseManager 引入 BaseManager以后，在定義完Data類型之后，使用 BaseManager.register("mydata",Data) 將Data類型注冊到BaseManager中，并且給了它一個名字叫 mydata ，之后就可以使用 BaseManager 對象的這個名字來初始化對象，我們來看一下輸出

C:\Python35\python.exe F:/python/python3Test/multask.py
in thread <_MainThread(MainThread, started 12244)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001FE1B7D9668> id(data) is 2222932504080
in thread <_MainThread(MainThread, started 2860)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001FE1B7D9668> id(data) is 1897574510096
in thread <_MainThread(MainThread, started 2748)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001FE1B7D9668> id(data) is 2053415775760
in thread <_MainThread(MainThread, started 7812)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001FE1B7D9668> id(data) is 2766155820560
in thread <_MainThread(MainThread, started 2384)> name is yang
data is <__mp_main__.Data object at 0x000001FE1B7D9668> id(data) is 2501159890448

我們看到，雖然在每個子進(jìn)程中使用的是不同的對象，但是它們的值卻是可以“共享”的。

標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型也可以通過multiprocessing庫中的Value對象，舉一個簡單的例子

#coding:utf-8
import threading
import multiprocessing
from multiprocessing.managers import BaseManager
class Data:
  def __init__(self,data=None):
    self.data = data
  def get(self):
    return self.data
  def set(self,data):
    self.data = data
BaseManager.register("mydata",Data)
def test(name,data,lock):
  lock.acquire()
  print("in thread {} name is {}".format(threading.current_thread(),name))
  print("data is {} id(data) is {}".format(data,id(data)))
  data.value +=1
  lock.release()
if __name__ == '__main__':
  d = multiprocessing.Value("l",10) #
  print(d)
  thlist = []
  name = "yang"
  lock = multiprocessing.Lock()
  for i in range(5):
    th = multiprocessing.Process(target=test,args=(name,d,lock))
    th.start()
    thlist.append(th)
  for i in thlist:
    i.join()
  print(d.value)

這里使用 d = multiprocessing.Value("l",10) 初始化了一個數(shù)字類型的對象，這個類型是 Synchronized wrapper for c_long , multiprocessing.Value 在初始化時，第一個參數(shù)是類型，第二個參數(shù)是值,具體支持的類型如下

還可以使用ctypes庫里和類初始化字符串

>>> from ctypes import c_char_p
>>> s = multiprocessing.Value(c_char_p, b'\xd1\xee\xd1\xe5\xd0\xc7')
>>> print(s.value.decode('gbk'))

楊彥星

還可以使用Manager對象初始list,dict等

#coding:utf-8
import multiprocessing
def func(mydict, mylist):
  # 子進(jìn)程改變dict,主進(jìn)程跟著改變
  mydict["index1"] = "aaaaaa" 
  # 子進(jìn)程改變List,主進(jìn)程跟著改變 
  mydict["index2"] = "bbbbbb"
  mylist.append(11) 
  mylist.append(22)
  mylist.append(33)
if __name__ == "__main__":
  # 主進(jìn)程與子進(jìn)程共享這個字典
  mydict = multiprocessing.Manager().dict()
  # 主進(jìn)程與子進(jìn)程共享這個List
  mylist = multiprocessing.Manager().list(range(5)) 
  p = multiprocessing.Process(target=func, args=(mydict, mylist))
  p.start()
  p.join()
  print(mylist)
  print(mydict)

其實(shí)我們這里所說的共享只是數(shù)據(jù)值上的共享，因?yàn)樵诙噙M(jìn)程中，各自持有的對象都不相同，所以如果想要同步狀態(tài)需要曲線救國。不過這種在自己寫的小項(xiàng)目中可以簡單的使用，如果做一些大一點(diǎn)的項(xiàng)目，還是建議不要使用這種共享數(shù)據(jù)的方式，這種大大的增加了程序間的耦合性，使用邏輯變得復(fù)雜難懂，所以建議還是使用隊(duì)列或者數(shù)據(jù)為進(jìn)行間通信的渠道。

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的處理python中多線程與多進(jìn)程中的數(shù)據(jù)共享問題,希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！
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