Python之并发编程介绍

一、并发编程介绍

1.1、串行、并行与并发的区别

1. 串行(serial)：一个CPU上，按顺序完成多个任务
2. 并行(parallelism)：指的是任务数小于等于cpu核数，即任务真的是一起执行的
3. 并发(concurrency)：一个CPU采用时间片管理方式，交替的处理多个任务。一般是是任务数多余cpu核数，通过操作系统的各种任务调度算法，实现用多个任务“一起”执行（实际上总有一些任务不在执行，因为切换任务的速度相当快，看上去一起执行而已）

二、进程、线程、协程的区别

2.1、一个故事说明进程、线程、协程的关系

乔布斯想开工厂生产手机，费劲力气，制作一条生产线，这个生产线上有很多的器件以及材料。一条生产线就是一个进程。

只有生产线是不够的，所以找五个工人来进行生产，这个工人能够利用这些材料最终一步步的将手机做出来，这五个工人就是五个线程。

为了提高生产率，想到3种办法：

1. 一条生产线上多招些工人，一起来做手机，这样效率是成倍増长，即单进程多线程方式
2. 多条生产线，每个生产线上多个工人，即多进程多线程
3. 乔布斯深入一线发现工人不是那么忙，有很多等待时间。于是规定：如果某个员工在等待生产线某个零件生产时 ，不要闲着，干点其他工作。也就是说：如果一个线程等待某些条件，可以充分利用这个时间去做其它事情，这就是：协程方式。

1. 线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位；
2. 一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线；
3. 进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号)，某进程内的线程在其它进程不可见；
4. 调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。

• 进程(Process)：拥有自己独立的堆和栈，既不共享堆，也不共享栈，进程由操作系统调度；进程切换需要的资源很最大，效率低
• 线程(Thread)：拥有自己独立的栈和共享的堆，共享堆，不共享栈，标准线程由操作系统调度；线程切换需要的资源一般，效率一般（当然了在不考虑GIL的情况下）
• 协程(coroutine)：拥有自己独立的栈和共享的堆，共享堆，不共享栈，协程由程序员在协程的代码里显示调度；协程切换任务资源很小，效率高

2.2、进程是什么？

进程（Process）是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动

现代操作系统比如Mac OS X，Linux，Windows等，都是支持“多任务”的操作系统，叫“多任务”呢？简单地说，就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方，你一边在用逛淘宝，一边在听音乐，一边在用微信聊天，这就是多任务，至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着，只是桌面上没有显示而已。

对于操作系统来说，一个任务就是一个进程（Process），比如打开一个浏览器就是启动一个浏览器进程，就启动了一个记事本进程，打开两个记事本就启动了两个记事本进程，打开一个Word就启动了一个Word进程。

2.3、线程是什么？

线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

有些进程还不止同时干一件事，比如微信，它可以同时进行打字聊天，视频聊天，朋友圈等事情。在一个进程内部，要同时干多件事，就需要同时运行多个“子任务”，我们把进程内的这些“子任务”称为线程（Thread）。

2.3.1、并发编程解决方案：

多任务的实现有3种方式：

1. 多进程模式
2. 多线程模式
3. 多进程+多线程模式

• 启动多个进程，每个进程虽然只有一个线程，但多个进程可以一块执行多个任务
• 启动一个进程，在一个进程内启动多个线程，这样，多个线程也可以一块执行多个任务
• 启动多个进程，每个进程再启动多个线程，这样同时执行的任务就更多了，当然这种模型更复杂，实际很少采用。

2.4、协程是什么？

协程，Coroutines，也叫作纤程(Fiber)，是一种在线程中，比线程更加轻量级的存在，由程序员自己写程序来管理。

当出现IO阻塞时，CPU一直等待IO返回，处于空转状态。这时候用协程，可以执行其他任务。当IO返回结果后，再回来处理数据。充分利用了IO等待的时间，提高了效率。

三、同步和异步介绍

同步和异步强调的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)。

同步(synchronous)：A调用B，等待B返回结果后，A继续执行

异步(asynchronous )：A调用B，A继续执行，不等待B返回结果；B有结果了，通知A，A再做处理。

同步方式通信：

1. 高淇买一本书《Python实战笔记》。
2. 书店老板说：等三分钟啊，我帮你查查。
3. 高淇等一小时
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异步方式通信：

1. 高淇买一本电子书《Python实战笔记》。
2. 书店老板说：我查一下，有结果了告诉你。
3. 高淇刷抖音一小时
4. 老板说，找到书了，发给你