图解Python（4）（高级进阶篇）

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进程和线程的概述进程就是运行中的应用程序。应用程序是静态的，进程是动态的。查看所有正在运行的进程，每个进程至少对应一个线程。每个进程都用来完成一件任务，每个线程用来完成进程内的一件子任务。线程就是进程内部的一个执行单元。每个进程都有独立的内存空间，而进程内的所有线程共享内存空间。不管是单核CPU还是多核CPU，都支持多任务。多个任务交替执行的方式称为并发。多个任务同时执行的方式称为并行。

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自动创建与启动的进程当在PyCharm中运行一个py文件时，PyCharm对应的进程会自动创建并启动一个新进程，其默认名称为Python。当py文件运行结束时，自动创建并启动的新进程也随之结束。创建并启动子进程的进程被称为父进程。

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子进程的创建与启动之直接实例化Process（上）标准库模块multiprocessing中提供了一个类对象Process，用于表示进程。使用类对象Process创建并启动子进程的第1种方式为：（1）根据类对象Process创建进程实例对象；（2）调用进程实例对象的方法start()启动进程。调用方法start()后，会自动调用方法run()，方法run()会自动调用参数target指定的函数。

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子进程的创建与启动之直接实例化Process（下）调用特殊方法__init__()时必须指定关键字实参，其中：（1）参数group用于指定进程实例对象所属的进程组，默认不属于任何进程组。（2）参数target用于指定被方法run()调用的函数，默认没有函数被调用。（3）参数name用于指定进程实例对象的名称，第n个子进程的默认名称为'Process-n'。此外，可以通过属性name设置进程实例对象的名称。（4）参数args用于指定target接收的位置参数，用元组表示，默认不接收位置参数。（5）参数kwargs用于指定target接收的关键字参数，用字典表示，默认不接收关键字参数。

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子进程的创建与启动之继承Process使用类对象Process创建并启动子进程的第2种方式为：（1）自定义继承自Process的类对象，重写特殊方法__init__()和方法run()；（2）根据自定义的类对象创建进程实例对象；（3）调用进程实例对象的方法start()启动进程。调用方法start()后，会自动调用重写后的方法run()。与第1种方式相比，相当于把参数target指定的函数的函数体转移到了方法run()中。因此，在创建进程实例对象时无需再指定参数target。第1种方式创建进程实例对象时指定的其它参数，在第2种方式中可以传递给重写后的特殊方法__init__()。

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子进程的创建与启动之调用函数fork()标准库模块os中提供了一个函数fork()，用于将当前进程复制一份子进程，而后父进程和子进程从调用fork()处开始分叉（fork的含义），兵分两路，继续并行运行后面的程序。与普通函数不同的是，函数fork()会返回两次，分别在父进程和子进程内返回。返回值有三种情况：（1）返回值小于0，表示复制子进程失败；（2）返回值为0，表示处在子进程中；（3）返回值大于0，表示处在父进程中，返回值就是子进程的id。在Windows操作系统上无法调用函数fork()，因为函数fork()不是跨平台的。而模块multiprocessing是跨平台的。

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自动创建与启动的父线程任何进程都会自动创建并启动一个线程，该线程被称为父（主）线程。父（主）线程的默认名称是MainThread。

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子线程的创建与启动之直接实例化Thread标准库模块threading中提供了一个类对象Thread，用于表示线程。使用类对象Thread创建并启动子线程的第1种方式为：（1）根据类对象Thread创建线程实例对象；（2）调用线程实例对象的方法start()启动线程。调用方法start()后，会自动调用方法run()，方法run()会自动调用参数target指定的函数。

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子线程的创建与启动之继承Thread使用类对象Thread创建并启动子线程的第2种方式为：（1）自定义继承自Thread的类对象，重写特殊方法__init__()和方法run()；（2）根据自定义的类对象创建线程实例对象；（3）调用线程实例对象的方法start()启动线程。调用方法start()后，会自动调用重写后的方法run()。与第1种方式相比，相当于把参数target指定的函数的函数体转移到了方法run()中。因此，在创建线程实例对象时无需再指定参数target。第1种方式创建线程实例对象时指定的其它参数，在第2种方式中可以传递给重写后的特殊方法__init__()。

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多进程执行的不确定性默认情况下，多个进程的执行顺序和时间都是不确定的，完全取决于操作系统的调度。

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多线程执行的不确定性默认情况下，进程内所有线程的执行顺序和时间都是不确定的，完全取决于操作系统的调度。

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守护父进程的子进程可以在调用进程实例对象的方法start()之前将属性daemon的值设置为True，从而将该进程设置为守护进程。守护进程是为了守护父进程而存在的子进程。当父进程结束时，守护进程就没有存在的意义了，因此，守护进程会随着父进程的结束而立刻结束。

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守护父线程的子线程在创建线程实例对象时，可以将参数daemon指定为True，从而将创建的线程设置为守护线程。此外，也可以在调用方法start()之前调用线程实例对象的方法setDaemon(True)或将属性daemon的值设置为True，从而将该线程设置为守护线程。守护线程是为了守护父线程而存在的子线程。当父线程结束时，守护线程就没有存在的意义了，因此，守护线程会随着父线程的结束而立刻结束。

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阻塞父进程的子进程之方法join()在父进程中创建并启动子进程后，可以调用子进程的方法join()，这样，子进程会把父进程阻塞，父进程会等子进程执行完之后再从被阻塞的地方继续执行。在调用方法join()时，可以指定参数timeout，从而指定子进程阻塞父进程的时间。

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阻塞父线程的子线程之方法join()在父线程中创建并启动子线程后，可以调用子线程的方法join()，这样，子线程会把父线程阻塞，父线程会等子线程执行完之后再从被阻塞的地方继续执行。在调用方法join()时，可以指定参数timeout，从而指定子线程阻塞父线程的时间。

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进程池Pool如果并发的任务数过多，一次性创建并启动大量的进程会给计算机带来很大的压力，那么就可以使用进程池对创建与启动的进程进行限制和管理。进程池中所能容纳的进程数目是固定的。标准库模块multiprocessing中提供了一个类对象Pool，用于表示进程池。进程池中所能容纳的进程数目可以在创建Pool实例对象时进行指定；如果不指定，默认大小是CPU的核数。

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线程池ThreadPool如果并发的任务数过多，一次性创建与启动大量的线程会给计算机带来很大的压力，那么就可以使用线程池对创建与启动的线程进行限制和管理。线程池中所能容纳的线程数目是固定的。当需要创建与启动一个子线程时，如果线程池还没满，则会创建与启动一个子线程并添加到线程池中；如果线程池已经满了，则会一直等待，直到线程池中有任意一个子线程结束从而腾出一个位置，才会创建与启动一个子线程并添加到线程池中。第三方库threadpool中提供了一个类对象ThreadPool，用于表示线程池。线程池中所能容纳的线程数目可以在创建ThreadPool实例对象时进行指定。

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进程池ProcessPoolExecutor（上）标准库模块concurrent.futures中提供了一个类对象ProcessPoolExecutor，也用于表示进程池。与Pool相比，ProcessPoolExecutor的功能和性能更加强大。类对象ProcessPoolExecutor遵守了上下文管理协议，所以可以使用with语句，这样，在离开运行时上下文时会自动调用方法shutdown(wait=True)。

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进程池ProcessPoolExecutor（中）方法submit()的返回值是一个Future实例对象，表示子进程所调用的那个函数的执行（比如：do_sth()）。可以调用Future的方法result()得到这个函数的返回值。方法result()是一个同步方法，也就是说，直到这个函数执行完毕之后方法result()才会返回。

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进程池ProcessPoolExecutor（下）标准库模块concurrent.futures中还提供了两个函数：（1）wait(fs, timeout=None, return_when=ALL_COMPLETED)，该函数用于阻塞父进程，以等待指定的Future实例对象序列，直到满足指定的条件。（2）as_completed(fs, timeout=None)，该函数用于将指定的Future实例对象序列转换为一个迭代器，当序列中的任意一个Future实例对象已经完成或已被取消时都会被yield。这样，通过遍历得到的迭代器，就可以在任意一个Future实例对象已经完成或已被取消时立即做一些处理，比如调用方法result()得到执行结果。

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