概念理解
對于操作系統(tǒng)來說，一個任務(wù)就是一個進(jìn)程。例如打開瀏覽器，打開word，打開記事本等等，都是獨(dú)立的任務(wù)，它們各自為一個或者多個進(jìn)程。這里要注意的是，同一種任務(wù)打開多個，分別屬于不同進(jìn)程，例如chrome打開多個標(biāo)簽，實(shí)際上它創(chuàng)建了多個進(jìn)程。對于一個任務(wù)來說，它有很多子任務(wù)，例如播放器，既要解碼視頻、也要解碼音頻，所以在進(jìn)程下存在多線程。在一個進(jìn)程下一定存在一個線程，可以稱它為主線程。操作系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程時，會單獨(dú)為每一個進(jìn)程分配各自的資源，進(jìn)程與進(jìn)程之間相互隔離。而進(jìn)程內(nèi)的線程，則共享了當(dāng)前進(jìn)程內(nèi)的資源。可見，操作系統(tǒng)執(zhí)行的粒度是線程，分配資源的粒度是進(jìn)程，我們的多任務(wù)操作系統(tǒng)，在單核CPU上是在各個線程上不斷切換而達(dá)到目的，而在多核CPU上則能同時執(zhí)行多個線程任務(wù)。Python能很方便地支持多進(jìn)程、多線程編程，接下來就簡單記錄下，最后再記錄下兩者優(yōu)缺點(diǎn)。
在Linux系統(tǒng)下，有一個非常特殊的函數(shù)，fork()。它調(diào)用一次，返回兩次，操作系統(tǒng)自動把當(dāng)前進(jìn)程(父進(jìn)程)復(fù)制了一份(子進(jìn)程)，然后分別在父進(jìn)程和子進(jìn)程內(nèi)返回。子進(jìn)程永遠(yuǎn)返回0，父進(jìn)程返回子進(jìn)程的ID。經(jīng)過這樣做，父進(jìn)程就能fork出很多子進(jìn)程，并可以記錄下子進(jìn)程的ID號了，子進(jìn)程可以通過getppid()來獲取父進(jìn)程ID。fork()僅在Unix/Linux下使用，windows則不行。所以，在Python中，存在一個跨平臺的包mutiprocessing，通過引入包中的Process類，就可以創(chuàng)建多進(jìn)程程序了，可以創(chuàng)建一個進(jìn)程p=Process(target=func,args=(*,))，然后利用p.start()及p.join()來執(zhí)行了。以上的join()方法可以等待子進(jìn)程結(jié)束后才往下執(zhí)行，通常用于進(jìn)程間同步。另外，可以用進(jìn)程池的方式，例如p=Pool(n)，然后p.apply_async(func,args)，這里可以使用n種不同的參數(shù)傳入，建立不同的進(jìn)程。用這種方式時，在調(diào)用join()方法前，要先調(diào)用close()方法，使得不能再添加新進(jìn)程。mutiprocessing包里提供了Queue、Pipe等多種進(jìn)程間通信的方法。可以直接引入Queue類，然后實(shí)例化一個對象。則不同的進(jìn)程可以使用put方法發(fā)信息，同時可以使用get方法取信息。
多個任務(wù)可以創(chuàng)建多個進(jìn)程來完成，同時也可以創(chuàng)建多個線程來完成，線程是操作系統(tǒng)直接的執(zhí)行單元。Python含有threading這個高級模塊，要啟動一個線程，就是把一個函數(shù)傳出并創(chuàng)建Thread實(shí)例，然后調(diào)用start()方法開始執(zhí)行，例如t=threading.Thread(target=func,name=*)，注意這里的name屬性，它是給線程命名的，缺省值為Thread-1···。要注意的是，剛才說了，任何一個進(jìn)程都含有一個線程，而這個主線程則執(zhí)行著我們編寫的程序，可以調(diào)用threading.current_thread().name來查看它，它的名字就叫MainThread。在多線程編程中，有一個最大的問題就在于進(jìn)程內(nèi)的資源被各個線程所共享，進(jìn)程內(nèi)任何變量都可以被任何一個線程修改，因此，線程之間若去修改同一個變量，則可能導(dǎo)致程序Bug。所以，引入了鎖機(jī)制。當(dāng)某個線程去修改某個變量時，可以在變量所在的方法內(nèi)加一把鎖，使得其他線程不能同時執(zhí)行該方法，只有釋放了鎖后，其他線程才能去獲得鎖并獲得修改權(quán)。創(chuàng)建一個鎖是通過lock=threading.Lock()來實(shí)現(xiàn)的，可以使用try···finally···語句，在try之前使用lock.acquire()獲得鎖，然后在try語句里面修改變量，然后在finally語句里加lock.release()來保證鎖一定被釋放，避免成為一個死鎖。
多進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，一個子進(jìn)程崩潰了，不會影響主進(jìn)程以及其余進(jìn)程。但是缺點(diǎn)是創(chuàng)建進(jìn)程的代價非常大，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)要給每個進(jìn)程分配固定的資源，并且，操作系統(tǒng)對進(jìn)程的總數(shù)會有一定的限制，若進(jìn)程過多，操作系統(tǒng)調(diào)度都會存在問題，會造成假死狀態(tài)。多線程優(yōu)點(diǎn)是效率較高一些，但是致命的缺點(diǎn)是任何一個線程崩潰都可能造成整個進(jìn)程的崩潰，因?yàn)樗鼈児蚕砹诉M(jìn)程的內(nèi)存資源池。對于任務(wù)數(shù)來說，無論是多進(jìn)程或者多線程，都不能太多。因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)在切換任務(wù)時，會有一系列的保護(hù)現(xiàn)場措施，這要花費(fèi)相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)資源，若任務(wù)過多，則大部分資源都被用做干這些了，結(jié)果就是所有任務(wù)都做不好，所以操作系統(tǒng)會限制進(jìn)程的數(shù)量。另外，考慮計算密集型及IO密集型應(yīng)用程序。對于計算密集型，多任務(wù)勢必造成資源浪費(fèi)。對于IO密集型，因?yàn)镮O速度遠(yuǎn)低于CPU計算速度，所以使用多任務(wù)方式可以大大增大程序運(yùn)行效率。
