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Python中的并发编程

off999 2025-04-29 03:20 25 浏览 0 评论

1.Python对并发编程的支持

  • 多线程：threading，利用 CPU 和 IO 可以同时执行的原理，让 CPU 不会干巴巴等待 IO 完成。
  • 多进程：multiprocessing，利用多核 CPU 的能力，真正地并行执行任务。
  • 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。
  • 使用 Lock 对资源加锁，防止冲突访问。
  • 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。
  • 使用线程池 / 进程池，简化线程 / 进程的任务提交、等待结束、获取结果。
  • 使用 subprocess 启动外部程序的进程，并进行输入输出交互。

2.Python并发编程有三种方式

  • 多线程 Thread (multiprocessing)
  • 多进程 Process (threading)
  • 多协程 Coroutine (asyncio)

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，特点是 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 密集型指的是系统运作大部分的状况是 CPU 在等 I/O（硬盘/内存）的读/写操作，CPU占用率仍然较低。例如：文件处理程序、网络爬虫程序、读写数据库程序。

一个进程中可以启动 N 个线程。一个线程中可以启动 N 个协程。

2.1 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

2.2 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

2.3 多协程Coroutine（asyncio）

优点：内存开销最少、启动协程数量最多

缺点：支持的库有限制（alonttp 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.全局解释器锁GIL

全局解释器锁（Global Interpreter Lock，GIL），是计算机程序设计语言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。

为什么要有GIL这个东西？

怎样规避GIL带来的限制

  • 多线程 threading 机制依然是有用的，用于 IO 密集型计算。因为在 IO（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 密集型计算时，只会更加拖慢速度。
  • 为了应对 GIL 的问题，Python 提供了 multiprocessing。使用 multiprocessing 的多进程机制实现并行计算、利用多核 CPU 优势。

4.多线程爬虫，速度快10倍

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