一、任務(wù)、進(jìn)程和線程

現(xiàn)代操作系統(tǒng)比如Mac OS X， Linux，Windows等，都是支持“多任務(wù)”的操作系統(tǒng)。

什么叫“多任務(wù)”（multitasking）呢？簡(jiǎn)單地說，就是操作系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。例如你一邊在用瀏覽器上查資料，一邊在聽MP3，一邊在用Word寫文檔，這就是多任務(wù)。

打開Windows的任務(wù)管理器，可以直觀的了解一下：

任務(wù)

（task）是最抽象的,是一個(gè)一般性的術(shù)語(yǔ),指由軟件完成的一個(gè)活動(dòng)。一個(gè)任務(wù)既可以是一個(gè)進(jìn)程,也可以是一個(gè)線程。簡(jiǎn)而言之,它指的是一系列共同達(dá)到某一目的的操作。例如,讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中。這個(gè)任務(wù)可以作為一個(gè)進(jìn)程來實(shí)現(xiàn),也可以作為一個(gè)線程（或作為一個(gè)中斷任務(wù)）來實(shí)現(xiàn)。

單核CPU如何實(shí)現(xiàn)“多任務(wù)”

三個(gè)任務(wù)A,B,C在單個(gè)CPU上交替執(zhí)行，邏輯上表現(xiàn)為三個(gè)執(zhí)行實(shí)例并發(fā)執(zhí)行，但實(shí)質(zhì)物理上是串行執(zhí)行。

多核CPU如何實(shí)現(xiàn)“多任務(wù)”

多任務(wù)的真正并行只能在多核CPU上實(shí)現(xiàn)，但是，一般而言，任務(wù)的數(shù)量多于CPU的核數(shù)，還是需要將多個(gè)任務(wù)輪流調(diào)度到每個(gè)核上執(zhí)行。

單核與多核處理器（Multi-core processor）示例

多核CPU：簡(jiǎn)單地說是將多個(gè)核心裝載一個(gè)封裝里，外觀上看是一個(gè)處理器。

串行：一個(gè)處理完再一個(gè)。

并行：指兩個(gè)或者多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。

并發(fā)：指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。

例如：并發(fā)時(shí)你正在吃飯，吃到一半電話響，去接電話，接完后繼續(xù)吃飯；并行時(shí)邊吃飯邊打電話。

進(jìn)程

（process）常常被定義為程序的執(zhí)行。可以把一個(gè)進(jìn)程看成是一個(gè)獨(dú)立的程序,在內(nèi)存中有其完備的數(shù)據(jù)空間和代碼空間。一個(gè)進(jìn)程所擁有的數(shù)據(jù)和變量只屬于它自己。

線程

（tread）則是某一進(jìn)程中一路單獨(dú)運(yùn)行的程序。也就是說,線程存在于進(jìn)程之中。一個(gè)進(jìn)程由一個(gè)或多個(gè)線程構(gòu)成,各線程共享相同的代碼和全局?jǐn)?shù)據(jù) ,但各有其自己的堆棧。由于堆棧是每個(gè)線程一個(gè),所以局部變量對(duì)每一線程來說是私有的 。由于所有線程共享同樣的代碼和全局?jǐn)?shù)據(jù)，它們比進(jìn)程更緊密,比單獨(dú)的進(jìn)程間更趨向于相互作用，線程間的相互作用更容易些，因?yàn)樗鼈儽旧砭陀心承┕┩ㄐ庞玫墓蚕韮?nèi)存：進(jìn)程的全局?jǐn)?shù)據(jù)。

進(jìn)程和線程的關(guān)系

（1）一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程，但至少有一個(gè)線程。

（2）資源分配給進(jìn)程，同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源。

（3）處理機(jī)分給線程，即真正在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程。

（4）線程在執(zhí)行過程中，需要協(xié)作同步。不同進(jìn)程的線程間要利用消息通信的辦法實(shí)現(xiàn)同步。

二、Python既支持多進(jìn)程，又支持多線程

multiprocessing --- 基于進(jìn)程的并行 — Python 3.10.0 文檔

threading --- 基于線程的并行 — Python 3.10.0 文檔

Python實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程

在Unix/Linux下，Mac系統(tǒng)是基于BSD（Unix的一種）內(nèi)核，都可以使用fork()調(diào)用實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程，Python的os模塊封裝了常見的系統(tǒng)調(diào)用，其中就包括fork。例如：

import os
 
print('Process (%s) start...' % os.getpid())
# Only works on Unix/Linux/Mac:
pid = os.fork()  #Windows中不支持fork()，將報(bào)錯(cuò)
if pid == 0:
    print('I am child process (%s) and my parent is %s.' % (os.getpid(), os.getppid()))
else:
print('I (%s) just created a child process (%s).' % (os.getpid(), pid))
 

需要注意的是，上述代碼在Unix/Linux、Mac系統(tǒng)中可以運(yùn)行，但在Windows中運(yùn)行報(bào)錯(cuò)：

AttributeError: module 'os' has no attribute 'fork'

因?yàn)閃indows沒有fork調(diào)用，怎么辦？

multiprocessing模塊是跨平臺(tái)版本的多進(jìn)程模塊。在Windows上用Python編寫多進(jìn)程的程序，可以使用multiprocessing模塊。multiprocessing模塊提供了一個(gè)Process類來代表一個(gè)進(jìn)程對(duì)象。

Process進(jìn)程類的說明

Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

• group：指定進(jìn)程組，目前只能使用None
• target：執(zhí)行的目標(biāo)任務(wù)名
• name：進(jìn)程名字，默認(rèn)為Process-N，N為從1開始遞增的整數(shù)
• args：以元組方式給執(zhí)行任務(wù)傳參
• kwargs：以字典方式給執(zhí)行任務(wù)傳參

Process創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象的常用方法:

• start()：?jiǎn)?dòng)子進(jìn)程實(shí)例（創(chuàng)建子進(jìn)程）
• join()：等待子進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束
• terminate()：不管任務(wù)是否完成，立即終止子進(jìn)程

Process創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象的常用屬性:

例如：

import multiprocessing
import time
 
# 跳舞任務(wù)
def dance():
    for i in range(3):
        print("跳舞中...")
        time.sleep(0.2)
 
# 唱歌任務(wù)
def sing():
    for i in range(3):
        print("唱歌中...")
        time.sleep(0.2)
 
dance_process = multiprocessing.Process(target=dance(), name="myprocess1")
sing_process = multiprocessing.Process(target=sing())
 
# 啟動(dòng)子進(jìn)程執(zhí)行對(duì)應(yīng)的任務(wù)
dance_process.start()
sing_process.start()

執(zhí)行結(jié)果如下圖:

Python實(shí)現(xiàn)多線程

多任務(wù)可以由多進(jìn)程完成，也可以由一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的多線程完成。

Python的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了兩個(gè)模塊：_thread和threading，_thread是低級(jí)模塊，threading是高級(jí)模塊，對(duì)_thread進(jìn)行了封裝。絕大多數(shù)情況下，使用threading這個(gè)高級(jí)模塊。

線程類Thread

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

• group: 線程組，目前只能使用None
• target: 執(zhí)行的目標(biāo)任務(wù)名
• args: 以元組的方式給執(zhí)行任務(wù)傳參
• kwargs: 以字典方式給執(zhí)行任務(wù)傳參
• name: 線程名，一般不用設(shè)置

Thread類提供了以下方法:

• run(): 用以表示線程活動(dòng)的方法。
• start():啟動(dòng)線程活動(dòng)。
• join([time]): 等待至線程中止。這阻塞調(diào)用線程直至線程的join() 方法被調(diào)用中止-正常退出或者拋出未處理的異常-或者是可選的超時(shí)發(fā)生。
• isAlive(): 返回線程是否活動(dòng)的。
• getName(): 返回線程名。
• setName(): 設(shè)置線程名。

啟動(dòng)一個(gè)線程就是把一個(gè)函數(shù)傳入并創(chuàng)建Thread實(shí)例，然后調(diào)用start()開始執(zhí)行，例子：

import time, threading
 
# 新線程執(zhí)行的代碼:
def loop():
    print('thread %s is running...' % threading.current_thread().name)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('thread %s >>> %s' % (threading.current_thread().name, n))
        time.sleep(1)
    print('thread %s ended.' % threading.current_thread().name)
 
print('thread %s is running...' % threading.current_thread().name)
t = threading.Thread(target=loop, name='LoopThread')
t.start()
t.join()
print('thread %s ended.' % threading.current_thread().name)
 

執(zhí)行結(jié)果如下圖:

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!

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