day22 并发编程（上）¶

网络编程，了解网络相关的知识点并且要知道几乎所有网络的通信本质上都是通过socket模块实现。例如：网站、网络爬虫。

并发编程，提升代码执行的效率。原来代码执行需要20分钟，学习并发编程后可以加快到1分钟执行完毕。

今日课程目标：初步了解进程和线程并可以基于线程实现并发编程。

今日概要：

初识进程和线程
多线程开发
线程安全
线程锁
死锁
线程池

1. 进程和线程¶

先来了解下进程和线程。

类比：

一个工厂，至少有一个车间，一个车间中至少有一个工人，最终是工人在工作。
一个程序，至少有一个进程，一个进程中至少有一个线程，最终是线程在工作。

上述串行的代码示例就是一个程序，在使用python xx.py 运行时，内部就创建一个进程（主进程），在进程中创建了一个线程（主线程），由线程逐行运行代码。

进程和线程：

线程，是计算机中可以被cpu调度的最小单元(真正在工作）。
进程，是计算机资源分配的最小单元（进程为线程提供资源）。

一个进程中可以有多个线程,同一个进程中的线程可以共享此进程中的资源。

以前我们开发的程序中所有的行为都只能通过串行的形式运行，排队逐一执行，前面未完成，后面也无法继续。例如：

import time
result = 0
for i in range(100000000):
    result += i
print(result)

import time
import requests

url_list = [
    ("东北F4模仿秀.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0300f570000bvbmace0gvch7lo53oog"),
    ("卡特扣篮.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f3e0000bv52fpn5t6p007e34q1g"),
    ("罗斯mvp.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f240000buuer5aa4tij4gv6ajqg")
]

print(time.time())
for file_name, url in url_list:
    res = requests.get(url)
    with open(file_name, mode='wb') as f:
        f.write(res.content)
    print(file_name, time.time())

通过进程和线程都可以将 串行 的程序变为并发，对于上述示例来说就是同时下载三个视频，这样很短的时间内就可以下载完成。

1.1 多线程¶

基于多线程对上述串行示例进行优化：

一个工厂，创建一个车间，这个车间中创建 3个工人，并行处理任务。
一个程序，创建一个进程，这个进程中创建 3个线程，并行处理任务。

import time
import requests

url_list = [
    ("东北F4模仿秀.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0300f570000bvbmace0gvch7lo53oog"),
    ("卡特扣篮.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f3e0000bv52fpn5t6p007e34q1g"),
    ("罗斯mvp.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f240000buuer5aa4tij4gv6ajqg")
]

for file_name, url in url_list:
    res = requests.get(url)
    with open(file_name, mode='wb') as f:
        f.write(res.content)

import time
import requests
import threading
"""
def func(a1,a2,a3):
    pass

t = threaing.Thread(target=func,args=(11,22,33))
t.start()
"""

url_list = [
    ("东北F4模仿秀.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0300f570000bvbmace0gvch7lo53oog"),
    ("卡特扣篮.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f3e0000bv52fpn5t6p007e34q1g"),
    ("罗斯mvp.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f240000buuer5aa4tij4gv6ajqg")
]


def task(file_name, video_url):
    res = requests.get(video_url)
    with open(file_name, mode='wb') as f:
        f.write(res.content)
    print(time.time())


for name, url in url_list:
    # 创建线程，让每个线程都去执行task函数（参数不同）
    t = threading.Thread(target=task, args=(name, url))
    t.start()

1.2 多进程¶

基于多进程对上述串行示例进行优化：

一个工厂，创建 三个车间，每个车间 一个工人（共3人），并行处理任务。
一个程序，创建 三个进程，每个进程 一个线程（共3人），并行处理任务。

import time
import requests
import multiprocessing

# 进程创建之后，在进程中还会创建一个线程。
# t = multiprocessing.Process(target=函数名, args=(name, url))
# t.start()



url_list = [
    ("东北F4模仿秀.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0300f570000bvbmace0gvch7lo53oog"),
    ("卡特扣篮.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f3e0000bv52fpn5t6p007e34q1g"),
    ("罗斯mvp.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f240000buuer5aa4tij4gv6ajqg")
]


def task(file_name, video_url):
    res = requests.get(video_url)
    with open(file_name, mode='wb') as f:
        f.write(res.content)
    print(time.time())


if __name__ == '__main__':
    print(time.time())
    for name, url in url_list:
        t = multiprocessing.Process(target=task, args=(name, url))
        t.start()

综上所述，大家会发现 多进程 的开销比 多线程 的开销大。哪是不是使用多线程要比多进程更好呀？

接下来，给大家再来介绍一个Python内置的GIL锁的知识，然后再根据进程和线程各自的特点总结各自适合应用场景。

1.3 GIL锁¶

GIL，全局解释器锁（Global Interpreter Lock），是CPython解释器特有一个玩意，让一个进程中同一个时刻只能有一个线程可以被CPU调用。

如果程序想利用计算机的多核优势，让CPU同时处理一些任务，适合用多进程开发（即使资源开销大）。

如果程序不利用计算机的多核优势，适合用多线程开发。

常见的程序开发中，计算操作需要使用CPU多核优势，IO操作不需要利用CPU的多核优势，所以，就有这一句话：

计算密集型，用多进程，例如：大量的数据计算【累加计算示例】。
IO密集型，用多线程，例如：文件读写、网络数据传输【下载抖音视频示例】。

累加计算示例（计算密集型）：

串行处理

import time

start = time.time()

result = 0
for i in range(100000000):
    result += i
print(result)

end = time.time()

print("耗时：", end - start) # 耗时： 9.522780179977417

多进程处理

import time
import multiprocessing


def task(start, end, queue):
    result = 0
    for i in range(start, end):
        result += i
    queue.put(result)


if __name__ == '__main__':
    queue = multiprocessing.Queue()

    start_time = time.time()

    p1 = multiprocessing.Process(target=task, args=(0, 50000000, queue))
    p1.start()

    p2 = multiprocessing.Process(target=task, args=(50000000, 100000000, queue))
    p2.start()

    v1 = queue.get(block=True) #阻塞
    v2 = queue.get(block=True) #阻塞
    print(v1 + v2)

    end_time = time.time()

    print("耗时:", end_time - start_time) # 耗时: 2.6232550144195557

当然，在程序开发中多线程和多进程是可以结合使用，例如：创建2个进程（建议与CPU个数相同），每个进程中创建3个线程。

import multiprocessing
import threading


def thread_task():
    pass


def task(start, end):
    t1 = threading.Thread(target=thread_task)
    t1.start()

    t2 = threading.Thread(target=thread_task)
    t2.start()

    t3 = threading.Thread(target=thread_task)
    t3.start()


if __name__ == '__main__':
    p1 = multiprocessing.Process(target=task, args=(0, 50000000))
    p1.start()

    p2 = multiprocessing.Process(target=task, args=(50000000, 100000000))
    p2.start()

2. 多线程开发¶

import threading

def task(arg):
    pass


# 创建一个Thread对象（线程），并封装线程被CPU调度时应该执行的任务和相关参数。
t = threading.Thread(target=task,args=('xxx',))
# 线程准备就绪（等待CPU调度），代码继续向下执行。
t.start()

print("继续执行...") # 主线程执行完所有代码，不结束（等待子线程）

线程的常见方法：

t.start()，当前线程准备就绪（等待CPU调度，具体时间是由CPU来决定）。

import threading
import time
loop = 10000000
number = 0

def _add(count):
    global number
    for i in range(count):
        number += 1

t = threading.Thread(target=_add,args=(loop,))  #放进子线程
t.start()       #当前线程准备就绪（等待CPU调度，具体时间是由CPU来决定）。

# time.sleep(1) #这里是等待1秒种子线程运行，之后再输出结果。
print(number)  #这里打印的结果不一定是最后的结果，因为子线程调度时间，运行有没有结束都不一定。

t.join()，等待当前线程的任务执行完毕后再向下继续执行。

import threading

number = 0

def _add():
    global number
    for i in range(10000000):
        number += 1

t = threading.Thread(target=_add)
t.start()

t.join() # 主线程等待中...

print(number)

import threading

number = 0


def _add():
    global number
    for i in range(10000000):
        number += 1


def _sub():
    global number
    for i in range(10000000):
        number -= 1


t1 = threading.Thread(target=_add)
t2 = threading.Thread(target=_sub)
t1.start()
t1.join()  # t1线程执行完毕,才继续往后走
t2.start()
t2.join()  # t2线程执行完毕,才继续往后走

print(number) #0

import threading

loop = 10000000
number = 0

def _add(count):
    global number
    for i in range(count):
        number += 1

def _sub(count):
    global number
    for i in range(count):
        number -= 1

t1 = threading.Thread(target=_add, args=(loop,))
t2 = threading.Thread(target=_sub, args=(loop,))
t1.start()
t2.start()

t1.join()  # t1线程执行完毕,才继续往后走
t2.join()  # t2线程执行完毕,才继续往后走

print(number) # 结果每次不一样

t.setDaemon(布尔值) ，守护线程（必须放在start之前）
t.setDaemon(True)，设置为守护线程，主线程执行完毕后，子线程也自动关闭。
t.setDaemon(False)，设置为非守护线程，主线程等待子线程，子线程执行完毕后，主线程才结束。（默认）

import threading
import time

def task(arg):
    time.sleep(5)
    print('任务')

t = threading.Thread(target=task, args=(11,))
t.setDaemon(True) # True/False
t.start()

print('END') #没有等到子线程运行完就被关闭了，直接打印 END

线程名称的设置和获取

import threading

def task(arg):
    # 获取当前执行此代码的线程
    name = threading.current_thread().getName()
    print(name)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task, args=(11,))
    t.setName('日魔-{}'.format(i))  #设置线程名称
    t.start()

自定义线程类，直接将线程需要做的事写到run方法中。

import threading

class MyThread(threading.Thread): #继承Thread 类
    def run(self):
        print('执行此线程', self._args)

t = MyThread(args=(100,))
t.start()

import requests
import threading

class DouYinThread(threading.Thread): #继承 Thread 类
    def run(self):
        file_name, video_url = self._args
        res = requests.get(video_url)
        with open(file_name, mode='wb') as f:
            f.write(res.content)

url_list = [
    ("东北F4模仿秀.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0300f570000bvbmace0gvch7lo53oog"),
    ("卡特扣篮.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f3e0000bv52fpn5t6p007e34q1g"),
    ("罗斯mvp.mp4", "https://aweme.snssdk.com/aweme/v1/playwm/?video_id=v0200f240000buuer5aa4tij4gv6ajqg")
]
for item in url_list:
    t = DouYinThread(args=(item[0], item[1]))
    t.start()

3. 线程安全¶

一个进程中可以有多个线程，且线程共享所有进程中的资源。

多个线程同时去操作一个"东西"，可能会存在数据混乱的情况，例如：

示例1

import threading

loop = 10000000
number = 0


def _add(count):
    global number
    for i in range(count):
        number += 1


def _sub(count):
    global number
    for i in range(count):
        number -= 1


t1 = threading.Thread(target=_add, args=(loop,))
t2 = threading.Thread(target=_sub, args=(loop,))
t1.start()
t2.start()

t1.join()  # t1线程执行完毕,才继续往后走
t2.join()  # t2线程执行完毕,才继续往后走

print(number)  #两个线程都在运行操作number 导致数据混乱，每次结果不一样

import threading

lock_object = threading.RLock()

loop = 10000000
number = 0


def _add(count):
    lock_object.acquire() # 加锁
    global number
    for i in range(count):
        number += 1
    lock_object.release() # 释放锁


def _sub(count):
    lock_object.acquire() # 申请锁（等待）
    global number
    for i in range(count):
        number -= 1
    lock_object.release() # 释放锁


t1 = threading.Thread(target=_add, args=(loop,))
t2 = threading.Thread(target=_sub, args=(loop,))
t1.start()
t2.start()

t1.join()  # t1线程执行完毕,才继续往后走
t2.join()  # t2线程执行完毕,才继续往后走

print(number)  #0

示例2：

import threading

num = 0

def task():
    global num
    for i in range(1000000):
        num += 1
    print(num)


for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

import threading

num = 0
lock_object = threading.RLock()


def task():
    print("开始")
    lock_object.acquire()  # 第1个抵达的线程进入并上锁，其他线程就需要再此等待。
    global num
    for i in range(1000000):
        num += 1
    lock_object.release()  # 线程出去，并解开锁，其他线程就可以进入并执行了
    print(num)


for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

import threading

num = 0
lock_object = threading.RLock()

def task():
    print("开始")
    with lock_object: # 基于上下文管理，内部自动执行 acquire 和 release
        global num
        for i in range(1000000):
            num += 1
    print(num)

for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

在开发的过程中要注意有些操作默认都是线程安全的（内部集成了锁的机制），我们在使用的时无需再通过锁再处理，例如：

import threading

data_list = []

lock_object = threading.RLock()


def task():
    print("开始")
    for i in range(1000000):
        data_list.append(i)
    print(len(data_list))


for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

-------------------------------------------
#列表操作的最终结果是2000000 ，可以不用加锁。  列表操作线程安全。

所以，要多注意看一些开发文档中是否标明线程安全。

4. 线程锁¶

在程序中如果想要自己手动加锁，一般有两种：Lock 和 RLock。

Lock，同步锁。

import threading

num = 0
lock_object = threading.Lock()

def task():
    print("开始")
    lock_object.acquire()  # 第1个抵达的线程进入并上锁，其他线程就需要再此等待。
    global num
    for i in range(1000000):
        num += 1
    lock_object.release()  # 线程出去，并解开锁，其他线程就可以进入并执行了 
    print(num)

for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

RLock，递归锁。

import threading

num = 0
lock_object = threading.RLock()


def task():
    print("开始")
    lock_object.acquire()  # 第1个抵达的线程进入并上锁，其他线程就需要再此等待。
    global num
    for i in range(1000000):
        num += 1
    lock_object.release()  # 线程出去，并解开锁，其他线程就可以进入并执行了
    print(num)


for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

RLock支持多次申请锁和多次释放；Lock不支持。例如：

import threading
import time

lock_object = threading.RLock()


def task():
    print("开始")
    lock_object.acquire()
    lock_object.acquire()
    print(123)
    lock_object.release()
    lock_object.release()


for i in range(3):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

import threading
lock = threading.RLock()

# 程序员A开发了一个函数，函数可以被其他开发者调用，内部需要基于锁保证数据安全。
def func():
    with lock:
        pass

# 程序员B开发了一个函数，可以直接调用这个函数。
def run():
    print("其他功能")
    func() # 调用程序员A写的func函数，内部用到了锁。
    print("其他功能")

# 程序员C开发了一个函数，自己需要加锁，同时也需要调用func函数。
def process():
    with lock:
        print("其他功能")
        func() # ----------------> 此时就会出现多次锁的情况，只有RLock支持（Lock不支持）。
        print("其他功能")

5.死锁¶

死锁，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象。

import threading

num = 0
lock_object = threading.Lock()

def task():
    print("开始")
    lock_object.acquire()  # 第1个抵达的线程进入并上锁，其他线程就需要再此等待。
    lock_object.acquire()  # 第1个抵达的线程进入并上锁，其他线程就需要再此等待。  运行到这就卡住了，拿不到锁， 锁已经被上面一条命令拿住了。
    global num
    for i in range(1000000):
        num += 1
    lock_object.release()  # 线程出去，并解开锁，其他线程就可以进入并执行了
    lock_object.release()  # 线程出去，并解开锁，其他线程就可以进入并执行了

    print(num)


for i in range(2):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

import threading
import time 

lock_1 = threading.Lock()
lock_2 = threading.Lock()


def task1():
    lock_1.acquire()
    time.sleep(1)
    lock_2.acquire()
    print(11)
    lock_2.release()
    print(111)
    lock_1.release()
    print(1111)


def task2():
    lock_2.acquire()
    time.sleep(1)
    lock_1.acquire()
    print(22)
    lock_1.release()
    print(222)
    lock_2.release()
    print(2222)


t1 = threading.Thread(target=task1)
t1.start()

t2 = threading.Thread(target=task2)
t2.start()

6.线程池¶

Python3中官方才正式提供线程池。

线程不是开的越多越好，开的多了可能会导致系统的性能更低了，例如：如下的代码是不推荐在项目开发中编写。

不建议：无限制的创建线程。

import threading


def task(video_url):
    pass

url_list = ["www.xxxx-{}.com".format(i) for i in range(30000)]

for url in url_list:
    t = threading.Thread(target=task, args=(url,))
    t.start()

# 这种每次都创建一个线程去操作，创建任务的太多，线程就会特别多，可能效率反倒降低了。

建议：使用线程池

示例1：

import time
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
# pool = ThreadPoolExecutor(100)
# pool.submit(函数名,参数1，参数2，参数...)
def task(video_url, num):
    print("开始执行任务", video_url)
    time.sleep(5)
# 创建线程池，最多维护10个线程。
pool = ThreadPoolExecutor(10)
url_list = ["www.xxxx-{}.com".format(i) for i in range(300)]
for url in url_list:
    # 在线程池中提交一个任务，线程池中如果有空闲线程，则分配一个线程去执行，执行完毕后再将线程交还给线程池；如果没有空闲线程，则等待。
    pool.submit(task, url, 2)

print("END")

示例2：等待线程池的任务执行完毕。

import time
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
def task(video_url):
    print("开始执行任务", video_url)
    time.sleep(5)

# 创建线程池，最多维护10个线程。
pool = ThreadPoolExecutor(10)

url_list = ["www.xxxx-{}.com".format(i) for i in range(300)]
for url in url_list:
    # 在线程池中提交一个任务，线程池中如果有空闲线程，则分配一个线程去执行，执行完毕后再将线程交还给线程池；如果没有空闲线程，则等待。
    pool.submit(task, url)

print("执行中...")   #第一个线程池之后执行， 第11行。
pool.shutdown(True)  # 等待线程池中的任务执行完毕后，在继续执行
print('继续往下走')

示例3：任务执行完任务，再干点其他事。

import time
import random
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, Future


def task(video_url):
    print("开始执行任务", video_url)
    time.sleep(2)
    return random.randint(0, 10)


def done(response):
    print("任务执行后的返回值", response.result())


# 创建线程池，最多维护10个线程。
pool = ThreadPoolExecutor(10)

url_list = ["www.xxxx-{}.com".format(i) for i in range(15)]

for url in url_list:
    # 在线程池中提交一个任务，线程池中如果有空闲线程，则分配一个线程去执行，执行完毕后再将线程交还给线程池；如果没有空闲线程，则等待。
    future = pool.submit(task, url)  #返回值交给了future 同时future也是个对象。
    future.add_done_callback(done) # 是子主线程执行

# 可以做分工，例如：task专门下载，done专门将下载的数据写入本地文件。

示例4：最终统一获取结果。

import time
import random
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor,Future

def task(video_url):
    print("开始执行任务", video_url)
    time.sleep(2)
    return random.randint(0, 10)

# 创建线程池，最多维护10个线程。
pool = ThreadPoolExecutor(10)

future_list = []

url_list = ["www.xxxx-{}.com".format(i) for i in range(15)]
for url in url_list:
    # 在线程池中提交一个任务，线程池中如果有空闲线程，则分配一个线程去执行，执行完毕后再将线程交还给线程池；如果没有空闲线程，则等待。
    future = pool.submit(task, url)
    future_list.append(future)

pool.shutdown(True)
for fu in future_list:
    print(fu.result())

案例：基于线程池下载豆瓣图片。

26044585,Hush,https://hbimg.huabanimg.com/51d46dc32abe7ac7f83b94c67bb88cacc46869954f478-aP4Q3V
19318369,柒十一,https://hbimg.huabanimg.com/703fdb063bdc37b11033ef794f9b3a7adfa01fd21a6d1-wTFbnO
15529690,Law344,https://hbimg.huabanimg.com/b438d8c61ed2abf50ca94e00f257ca7a223e3b364b471-xrzoQd
18311394,Jennah·,https://hbimg.huabanimg.com/4edba1ed6a71797f52355aa1de5af961b85bf824cb71-px1nZz
18009711,可洛爱画画,https://hbimg.huabanimg.com/03331ef39b5c7687f5cc47dbcbafd974403c962ae88ce-Co8AUI
30574436,花姑凉~,https://hbimg.huabanimg.com/2f5b657edb9497ff8c41132e18000edb082d158c2404-8rYHbw
17740339,小巫師,https://hbimg.huabanimg.com/dbc6fd49f1915545cc42c1a1492a418dbaebd2c21bb9-9aDqgl
18741964,桐末tonmo,https://hbimg.huabanimg.com/b60cee303f62aaa592292f45a1ed8d5be9873b2ed5c-gAJehO
30535005,TANGZHIQI,https://hbimg.huabanimg.com/bbd08ee168d54665bf9b07899a5c4a4d6bc1eb8af77a4-8Gz3K1
31078743,你的老杨,https://hbimg.huabanimg.com/c46fbc3c9a01db37b8e786cbd7174bbd475e4cda220f4-F1u7MX
25519376,尺尺寸,https://hbimg.huabanimg.com/ee29ee198efb98f970e3dc2b24c40d89bfb6f911126b6-KGvKes
21113978,C-CLong,https://hbimg.huabanimg.com/7fa6b2a0d570e67246b34840a87d57c16a875dba9100-SXsSeY
24674102,szaa,https://hbimg.huabanimg.com/0716687b0df93e8c3a8e0925b6d2e4135449cd27597c4-gWdv24
30508507,爱起床的小灰灰,https://hbimg.huabanimg.com/4eafdbfa21b2f300a7becd8863f948e5e92ef789b5a5-1ozTKq
12593664,yokozen,https://hbimg.huabanimg.com/cd07bbaf052b752ed5c287602404ea719d7dd8161321b-cJtHss
16899164,一阵疯,https://hbimg.huabanimg.com/0940b557b28892658c3bcaf52f5ba8dc8402100e130b2-G966Uz
847937,卩丬My㊊伴er彎,https://hbimg.huabanimg.com/e2d6bb5bc8498c6f607492a8f96164aa2366b104e7a-kWaH68
31010628,慢慢即漫漫,https://hbimg.huabanimg.com/c4fb6718907a22f202e8dd14d52f0c369685e59cfea7-82FdsK
13438168,海贼玩跑跑,https://hbimg.huabanimg.com/1edae3ce6fe0f6e95b67b4f8b57c4cebf19c501b397e-BXwiW6
28593155,源稚生,https://hbimg.huabanimg.com/626cfd89ca4c10e6f875f3dfe1005331e4c0fd7fd429-9SeJeQ
28201821,合伙哼哼,https://hbimg.huabanimg.com/f59d4780531aa1892b80e0ec94d4ec78dcba08ff18c416-769X6a
28255146,漫步AAA,https://hbimg.huabanimg.com/3c034c520594e38353a039d7e7a5fd5e74fb53eb1086-KnpLaL
30537613,配䦹,https://hbimg.huabanimg.com/efd81d22c1b1a2de77a0e0d8e853282b83b6bbc590fd-y3d4GJ
22665880,日后必火,https://hbimg.huabanimg.com/69f0f959979a4fada9e9e55f565989544be88164d2b-INWbaF
16748980,keer521521,https://hbimg.huabanimg.com/654953460733026a7ef6e101404055627ad51784a95c-B6OFs4
30536510,“西辞”,https://hbimg.huabanimg.com/61cfffca6b2507bf51a507e8319d68a8b8c3a96968f-6IvMSk
30986577,艺成背锅王,https://hbimg.huabanimg.com/c381ecc43d6c69758a86a30ebf72976906ae6c53291f9-9zroHF
26409800,CsysADk7,https://hbimg.huabanimg.com/bf1d22092c2070d68ade012c588f2e410caaab1f58051-ahlgLm
30469116,18啊全阿,https://hbimg.huabanimg.com/654953460733026a7ef6e101404055627ad51784a95c-B6OFs4
17473505,椿の花,https://hbimg.huabanimg.com/0e38d810e5a24f91ebb251fd3aaaed8bb37655b14844c-pgNJBP
19165177,っ思忆゜♪,https://hbimg.huabanimg.com/4815ea0e4905d0f3bb82a654b481811dadbfe5ce2673-vMVr0B
16059616,格林熊丶,https://hbimg.huabanimg.com/8760a2b08d87e6ed4b7a9715b1a668176dbf84fec5b-jx14tZ
30734152,sCWVkJDG,https://hbimg.huabanimg.com/f31a5305d1b8717bbfb897723f267d316e58e7b7dc40-GD3e22
24019677,虚无本心,https://hbimg.huabanimg.com/6fdfa9834abe362e978b517275b06e7f0d5926aa650-N1xCXE
16670283,Y-雨后天空,https://hbimg.huabanimg.com/a3bbb0045b536fc27a6d2effa64a0d43f9f5193c177f-I2vHaI
21512483,汤姆2,https://hbimg.huabanimg.com/98cc50a61a7cc9b49a8af754ffb26bd15764a82f1133-AkiU7D
16441049,笑潇啸逍小鱼,https://hbimg.huabanimg.com/ae8a70cd85aff3a8587ff6578d5cf7620f3691df13e46-lmrIi9
24795603,⁢⁢⁢⁢⁢v,https://hbimg.huabanimg.com/a7183cc3a933aa129d7b3230bf1378fd8f5857846cc5-3tDtx3
29819152,妮玛士珍多,https://hbimg.huabanimg.com/ca4ecb573bf1ff0415c7a873d64470dedc465ea1213c6-RAkArS
19101282,陈勇敢❤,https://hbimg.huabanimg.com/ab6d04ebaff3176e3570139a65155856871241b58bc6-Qklj2E
28337572,爱意随风散,https://hbimg.huabanimg.com/117ad8b6eeda57a562ac6ab2861111a793ca3d1d5543-SjWlk2
17342758,幸运instant,https://hbimg.huabanimg.com/72b5f9042ec297ae57b83431123bc1c066cca90fa23-3MoJNj
18483372,Beau染,https://hbimg.huabanimg.com/077115cb622b1ff3907ec6932e1b575393d5aae720487-d1cdT9
22127102,栽花的小蜻蜓,https://hbimg.huabanimg.com/6c3cbf9f27e17898083186fc51985e43269018cc1e1df-QfOIBG
13802024,LoveHsu,https://hbimg.huabanimg.com/f720a15f8b49b86a7c1ee4951263a8dbecfe3e43d2d-GPEauV
22558931,白驹过隙丶梨花泪う,https://hbimg.huabanimg.com/e49e1341dfe5144da5c71bd15f1052ef07ba7a0e1296b-jfyfDJ
11762339,cojoy,https://hbimg.huabanimg.com/5b27f876d5d391e7c4889bc5e8ba214419eb72b56822-83gYmB
30711623,雪碧学长呀,https://hbimg.huabanimg.com/2c288a1535048b05537ba523b3fc9eacc1e81273212d1-nr8M4t
18906718,西霸王,https://hbimg.huabanimg.com/7b02ad5e01bd8c0a29817e362814666a7800831c154a6-AvBDaG
31037856,邵阳的小哥哥,https://hbimg.huabanimg.com/654953460733026a7ef6e101404055627ad51784a95c-B6OFs4
26830711,稳健谭,https://hbimg.huabanimg.com/51547ade3f0aef134e8d268cfd4ad61110925aefec8a-NKPEYX

import os
import requests
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
def download(file_name, image_url):
    res = requests.get(
        url=image_url,
        headers={
            "User-Agent": "Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/87.0.4280.88 Safari/537.36"
        }
    )
    # 检查images目录是否存在？不存在，则创建images目录
    if not os.path.exists("images"):
        # 创建images目录
        os.makedirs("images")
    file_path = os.path.join("images", file_name)
    # 2.将图片的内容写入到文件
    with open(file_path, mode='wb') as img_object:
        img_object.write(res.content)

# 创建线程池，最多维护10个线程。
pool = ThreadPoolExecutor(10)

with open("mv.csv", mode='r', encoding='utf-8') as file_object:
    for line in file_object:
        nid, name, url = line.split(",")
        file_name = "{}.png".format(name)
        pool.submit(download, file_name, url)

import os
import requests
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
def download(image_url):
    res = requests.get(
        url=image_url,
        headers={
            "User-Agent": "Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/87.0.4280.88 Safari/537.36"
        }
    )
    return res
def outer(file_name):
    def save(response):
        res = response.result()  #取download返回值
        # 写入本地
        # # 检查images目录是否存在？不存在，则创建images目录
        if not os.path.exists("images"):
            # 创建images目录
            os.makedirs("images")
        file_path = os.path.join("images", file_name)
        # # 2.将图片的内容写入到文件
        with open(file_path, mode='wb') as img_object:
            img_object.write(res.content)
    return save

# 创建线程池，最多维护10个线程。
pool = ThreadPoolExecutor(10)
with open("mv.csv", mode='r', encoding='utf-8') as file_object:
    for line in file_object:
        nid, name, url = line.split(",")
        file_name = "{}.png".format(name)
        fur = pool.submit(download, url)
        fur.add_done_callback(outer(file_name))

7.单例模式（扩展）¶

面向对象 + 多线程相关的一个面试题（以后项目和源码中会用到）。

之前写一个类，每次执行 类() 都会实例化一个类的对象。

class Foo:
    pass

obj1 = Foo()

obj2 = Foo()
print(obj1,obj2)

以后开发会遇到单例模式，每次实例化类的对象时，都是最开始创建的那个对象，不再重复创建对象。

简单的实现单例模式

class Singleton:
    instance = None  #类变量

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        # 返回空对象
        if cls.instance:
            return cls.instance
        cls.instance = object.__new__(cls) #创建空对象
        return cls.instance

obj1 = Singleton('alex')
obj2 = Singleton('SB')

print(obj1,obj2)

多线程执行单例模式，有BUG

import threading
import time


class Singleton:
    instance = None

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls.instance:
            return cls.instance
        time.sleep(0.1)
        cls.instance = object.__new__(cls)
        return cls.instance


def task():
    obj = Singleton('x')
    print(obj)


for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

加锁解决BUG

import threading
import time
class Singleton:
    instance = None
    lock = threading.RLock()

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        with cls.lock:
            if cls.instance:
                return cls.instance
            time.sleep(0.1)
            cls.instance = object.__new__(cls)
        return cls.instance

def task():
    obj = Singleton('x')
    print(obj)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

加判断，提升性能

import threading
import time
class Singleton:
    instance = None
    lock = threading.RLock()

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __new__(cls, *args, **kwargs):

        if cls.instance:
            return cls.instance
        with cls.lock:
            if cls.instance:
                return cls.instance
            time.sleep(0.1)
            cls.instance = object.__new__(cls)
        return cls.instance

def task():
    obj = Singleton('x')
    print(obj)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

# 执行1000行代码

data = Singleton('asdfasdf')
print(data)

总结¶

进程和线程的区别和应用场景。
什么是GIL锁
多线程和线程池的使用。
线程安全 & 线程锁 & 死锁
单例模式

作业¶

简述进程和线程的区别以及应用场景。

进程，是计算机资源分配的最小单元（进程为线程提供资源）。
线程，是计算机中可以被cpu调度的最小单元(真正在工作）。
一个进程中可以有多个线程，同一个进程中的线程共享此进程的资源
由于GIL锁的存在，控制一个进程中同一时刻只有一个线程可以被CPU调度。所以
    - 计算密集型，适合用多进程开发。
    - IO密集型，适合用多线程开发。

计算密集型 适合用多进程开发
io密集型  适合多线程开发

什么是GIL锁

是cpyhton中独有的全局解释器锁，控制一个进程中同一时刻只有一个线程供cpu调度。
像 列表，字典等常见对象的线程安全得益于GIL锁

手写单例模式

import threading
class Singleton:
    instance = None
    lock = threading.RLock()

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __new__(cls,*args,**kwargs):
        if cls.instance:
            return cls.instance
        with cls.lock:
            if cls.instance:
                return cls.instance
            cls.instance = object.__new__(cls)
        return cls.instance

def task():
    obj = Singleton('alex')
    print(obj)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task)
    t.start()

程序从flag a执行到falg b的时间大致是多少秒？

import threading
import time
def _wait():
 time.sleep(60)
# flag a
t = threading.Thread(target=_wait)
t.setDaemon(False)   #默认模式 非守护进程     主进程要结束时候要等子进程运行完
t.start()
# flag b

# 60秒

程序从flag a执行到falg b的时间大致是多少秒？

import threading
import time
def _wait():
 time.sleep(60)
# flag a
t = threading.Thread(target=_wait)
t.setDaemon(True)    #守护进程模式， 主进程结束跟着也结束
t.start()
# flag b

# 0秒内

程序从flag a执行到falg b的时间大致是多少秒？

import threading
import time
def _wait():
 time.sleep(60)
# flag a
t = threading.Thread(target=_wait)
t.start()
t.join()    #等待子线程结束后才开始运行下面代码
# flag b
# 60秒

读程序，请确认执行到最后number是否一定为0

import threading
loop = int(1E7)
def _add(loop = 1):
 global number
 for _ in range(loop):
     number += 1
def _sub(loop = 1):
 global number
 for _ in range(loop):
     number -= 1
number = 0
ta = threading.Thread(target=_add,args=(loop,))
ts = threading.Thread(target=_sub,args=(loop,))
ta.start()
ta.join()  #等待子程序运行完再进程下一个子进程
ts.start()
ts.join()
print(number)#0

读程序，请确认执行到最后number是否一定为0

import threading
loop = int(1E7)
number = 0

def _add(loop = 1):
 global number
 for _ in range(loop):
     number += 1
def _sub(loop = 1):
 global number
 for _ in range(loop):
     number -= 1

ta = threading.Thread(target=_add,args=(loop,))
ts = threading.Thread(target=_sub,args=(loop,))
ta.start()
ts.start()
ta.join()
ts.join() 
# 结果不一定为0

data.txt 文件中共有 10000 条数据，请为每 100行数据创建一个线程，并在线程中把当前100条数据的num列相加并打印。

subscription_id,erotic,num
ASDFOKASDJF423KASDFJASDF,5,1
FSD23R23SFSDF4DFGDFGDFGDF,5,99
ASDDSFGWERTCERT44GFGDSFG,5,2
FFFFFFSDSVFG5RTFGDDFFFFA,5,11
ASDFASDF3234XCVWEGDFGSAF,5,1
...

#随机生成10000条数据
import random
with open(file="data.txt",mode='w',encoding='utf-8') as f:
    f.write('subscription_id,erotic,num\n')
    for i in range(10000):
        f.write('FFFFFFSDSVFG5RTFGDDFF,5,{}\n'.format(random.randint(1,100)))

#-data.txt 文件中共有 10000 条数据，请为每 100行 数据创建一个线程，并在线程中把当前100条数据的num列相加并打印。
# 方法一
import threading

file_object =  open(file='data.txt',mode='r',encoding='utf-8')
file_object.readline()

def red_hundred():
    num = 0
    for i in range(100):
        line = file_object.readline()
        num += int(line.strip().split(',')[-1])
    print(num)

for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=red_hundred)
    t.start()
    t.join()

file_object.close()

# ----进阶版
import threading
def count(l : list):
    con=sum(l)
    print(con)
def run():
    file_object =  open(file='data.txt',mode='r',encoding='utf-8')
    file_object.readline()
    sum_list = []
    for line in file_object:
        number = int(line.strip().split(',')[-1])
        sum_list.append(number)
        if len(sum_list) == 100:
            t = threading.Thread(target=count,args=(sum_list,))
            t.start()
            sum_list = [] #不要使用 sum_list.clear() 这会造成子线程计算没有数据了。原因：sum_list=[] 赋值了空列表内存地址发生变化了。clear方法内存地址没有变化。
    if sum_list:
        t = threading.Thread(target=count,args=(sum_list,))
        t.start()
    file_object.close()

if __name__ == '__main__':
    run()