• 理解多進程、多線程的使用時機與調度方式

選擇

• CPU 密集：單核計算量用好用滿 ⇒ 多進程
  • 解壓縮
• IO密集
  • 數據溝通多、IO慢 ⇒ 協程 Asyncio
    • 只有python...少數有
  • 數據溝通少、IO快 ⇒ 多線程

if io_bound:
    if io_very_slow:
        print("Use Asyncio")
    else:
        print("Use Threads")
else:
    print("Multi Processing")

名詞介紹

• CPU bound ⇒ CPU密集 ⇒ CPU loading重 ⇒ 計算密集型

• IO bound ⇒ IO密集 ⇒ IO loading重

• 終極目標

  1. 避免CPU閒置、資源浪費 ： 降低IO時等待時間 ⇒ 切換、交替
  2. 避免切換的成本過高

• 並行 vs 併發

  • 並行是真的同時進行兩個任務
  • 併發是快速在兩個任務之間切換，造成同時執行的假象
  • 單核多進程是並行還併發？單核原本只能單進程 ⇒ 用併發模擬
  • 單核多線程是並行還併發？看CPU資源充足程度，都有可能

• 進程 vs 線程

  • 進程 > 線程
  • 進程是資源擁有的基本單位：擁有單一CPU完整的資源平台
  • 線程是給進程調度的基本單位：進程調度多個線程，線程們共享該進程的所有資源
    • 所以創建、終止、併發執行、切換比較快

• 多進程 vs 多線程 when

  • 多進程
    • 資料在彼此間傳遞變得更加複雜及花時間，因為一個 process 在作業系統的管理下是無法去存取別的 process 的 memory
    • （用多核）適合需要 CPU 密集，像是迴圈計算
  • 多線程
    • 資料彼此傳遞簡單，因為多執行緒的 memory 之間是共用的，但也因此要避免會有 Race Condition 問題
    • （單進程）適合需要 I/O 密集，像是爬蟲需要時間等待 request 回覆

• 死鎖

  • 两个或两个以上的进程或线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。
  • python通常是多線程或單核多進程
  • 例子

  from threading import Thread,Lock
  import time
  mutexA=Lock()
  mutexB=Lock()
  
  class MyThread(Thread):
      def run(self):
          self.func1()
          self.func2()
      def func1(self):
          mutexA.acquire()
          print('\\033[41m%s 拿到A锁\\033[0m' %self.name)
  
          mutexB.acquire()
          print('\\033[42m%s 拿到B锁\\033[0m' %self.name)
          mutexB.release()
  
          mutexA.release()
  
      def func2(self):
          mutexB.acquire()
          print('\\033[43m%s 拿到B锁\\033[0m' %self.name)
          time.sleep(2)
  
          mutexA.acquire()
          print('\\033[44m%s 拿到A锁\\033[0m' %self.name)
          mutexA.release()
  
          mutexB.release()
  
  if __name__ == '__main__':
      for i in range(5):
          t=MyThread()
          t.start()
  
  #output
  Thread-1 拿到A锁
  Thread-1 拿到B锁
  Thread-1 拿到B锁
  Thread-2 拿到A锁
  
  '''解析
  首先, 5個thread開始跑
  1. 假設thread3搶到了：首先執行thread3.func1獲得A鎖
  			這時候其他thread都在等待func1的A鎖所以卡住
  
  2. thread3.fun1繼續獲得A鎖 => 釋放B鎖 => 釋放A鎖   
  			這時候假設其他thread中thread1搶到了：執行thread1.func1搶到A鎖
  			thread2,4,5繼續等待func1的A鎖
  
  3. thread3能夠繼續執行func2搶到B鎖 => sleep(2)
  			因為他在執行func2搶B鎖的時候，thread1正在執行func1搶A鎖，其他thread都還在等func1A
  
  4. thread3睡完2秒 => 要搶func2中的A鎖
  			同時thread1要搶func1中的B鎖
  			這時thread3需要的A鎖在thread1手中無法被釋出（要等thread1獲得B鎖才能釋出）
  			thread1需要的B鎖在thread3中無法被釋出（要等thread3獲得A鎖才釋出）
  
  5. 死鎖
  
  '''
  

  • 解決：增加紀錄的變量，只有一個thread的所有鎖都被release以後其他thread才能獲得

進程

1. 運行中的程序稱之
2. 狀態
   • 創建
   • 就緒
   • 運行
   • 阻塞
   • 結束
   • 就緒掛起
   • 阻塞掛起
3. 控制結構
   • 進程控制塊PCB process control block
     • 進程的唯一標識
     • 儲存進程各種信息（於寄存器中）
     • 用鏈表組織（可以靈活的插入刪除）⇒ 相同狀態鏈在一起
     • 進程的上下文切換
       • 儲存，讓上次運行過的進程還是能連續進行

線程