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### 多线程和多进程回顾 ### 多线程和多进程回顾
在前面的[《进程和线程》](../Day01-15/Day13/进程和线程.md)一文中,我们已经对在Python中使用多进程和多线程实现并发编程进行了简明的讲解,在此我们补充几个知识点。
#### threading.local类
### 实例 - 多线程下载“手机搜狐网”所有页面。 使用线程时最不愿意遇到的情况就是多个线程竞争资源,在这种情况下为了保证资源状态的正确性,我们可能需要对资源进行加锁保护的处理,这一方面会导致程序失去并发性,另外如果多个线程竞争多个资源时,还有可能因为加锁方式的不当导致[死锁](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%BB%E9%94%81)。要解决多个线程竞争资源的问题,其中一个方案就是让每个线程都持有资源的副本(拷贝),这样每个线程可以操作自己所持有的资源,从而规避对资源的竞争。
要实现将资源和持有资源的线程进行绑定的操作,最简单的做法就是使用threading模块的local类,在网络爬虫开发中,就可以使用local类为每个线程绑定一个MySQL数据库连接或Redis客户端对象,这样通过线程可以直接获得这些资源,既解决了资源竞争的问题,又避免了在函数和方法调用时传递这些资源。具体的请参考本章多线程爬取“手机搜狐网”(Redis版)的实例代码。
#### concurrent.futures模块
Python3.2带来了`concurrent.futures` 模块,这个模块包含了线程池和进程池、管理并行编程任务、处理非确定性的执行流程、进程/线程同步等功能。关于这部分的内容推荐大家阅读[《Python并行编程》](http://python-parallel-programmning-cookbook.readthedocs.io/zh_CN/latest/index.html)
#### 分布式进程
使用多进程的时候,可以将进程部署在多个主机节点上,Python的`multiprocessing`模块不但支持多进程,其中`managers`子模块还支持把多进程部署到多个节点上。当然,要部署分布式进程,首先需要一个服务进程作为调度者,进程之间通过网络进行通信来实现对进程的控制和调度,由于`managers`模块已经对这些做出了很好的封装,因此在无需了解网络通信细节的前提下,就可以编写分布式多进程应用。具体的请参照本章分布式多进程爬取“手机搜狐网”的实例代码。
### 协程和异步I/O
#### 协程的概念
协程(coroutine)通常又称之为微线程或纤程,它是相互协作的一组子程序(函数)。所谓相互协作指的是在执行函数A时,可以随时中断去执行函数B,然后又中断继续执行函数A。注意,这一过程并不是函数调用(因为没有调用语句),整个过程看似像多线程,然而协程只有一个线程执行。协程通过`yield`关键字和 `send()`操作来转移执行权,协程之间不是调用者与被调用者的关系。
协程的优势在于以下两点:
1. 执行效率极高,因为子程序(函数)切换不是线程切换,由程序自身控制,没有切换线程的开销。
2. 不需要多线程的锁机制,因为只有一个线程,也不存在竞争资源的问题,当然也就不需要对资源加锁保护,因此执行效率高很多。
> 说明:协程适合处理的是I/O密集型任务,处理CPU密集型任务并不是它的长处,如果要提升CPU的利用率可以考虑“多进程+协程”的模式。
#### 历史回顾
1. Python 2.2:第一次提出了生成器(最初称之为迭代器)的概念(PEP 255)。
2. Python 2.5:引入了将对象发送回暂停了的生成器这一特性即生成器的`send()`方法(PEP 342)。
3. Python 3.3:添加了`yield from`特性,允许从迭代器中返回任何值(注意生成器本身也是迭代器),这样我们就可以串联生成器并且重构出更好的生成器。
4. Python 3.4:引入`asyncio.coroutine` 装饰器用来标记作为协程的函数,协程函数和`asyncio`及其事件循环一起使用,来实现异步I/O操作。
5. Python 3.5:引入了`async``await`,可以使用`async def`来定义一个协程函数,这个函数中不能包含任何形式的`yield`语句,但是可以使用`return``await`从协程中返回值。
### 实例 - 多线程爬取“手机搜狐网”所有页面。
```Python ```Python
......
...@@ -3,7 +3,7 @@ import zlib ...@@ -3,7 +3,7 @@ import zlib
from enum import Enum, unique from enum import Enum, unique
from hashlib import sha1 from hashlib import sha1
from random import random from random import random
from threading import Thread, current_thread from threading import Thread, current_thread, local
from time import sleep from time import sleep
from urllib.parse import urlparse from urllib.parse import urlparse
...@@ -79,6 +79,7 @@ class Spider(object): ...@@ -79,6 +79,7 @@ class Spider(object):
path = parser.path path = parser.path
query = '?' + parser.query if parser.query else '' query = '?' + parser.query if parser.query else ''
full_url = f'{scheme}://{netloc}{path}{query}' full_url = f'{scheme}://{netloc}{path}{query}'
redis_client = thread_local.redis_client
if not redis_client.sismember('visited_urls', full_url): if not redis_client.sismember('visited_urls', full_url):
redis_client.rpush('m_sohu_task', full_url) redis_client.rpush('m_sohu_task', full_url)
...@@ -86,6 +87,8 @@ class Spider(object): ...@@ -86,6 +87,8 @@ class Spider(object):
pass pass
def store(self, data_dict): def store(self, data_dict):
# redis_client = thread_local.redis_client
# mongo_db = thread_local.mongo_db
pass pass
...@@ -96,6 +99,10 @@ class SpiderThread(Thread): ...@@ -96,6 +99,10 @@ class SpiderThread(Thread):
self.spider = spider self.spider = spider
def run(self): def run(self):
redis_client = redis.Redis(host='1.2.3.4', port=6379, password='1qaz2wsx')
mongo_client = pymongo.MongoClient(host='1.2.3.4', port=27017)
thread_local.redis_client = redis_client
thread_local.mongo_db = mongo_client.msohu
while True: while True:
current_url = redis_client.lpop('m_sohu_task') current_url = redis_client.lpop('m_sohu_task')
while not current_url: while not current_url:
...@@ -109,6 +116,7 @@ class SpiderThread(Thread): ...@@ -109,6 +116,7 @@ class SpiderThread(Thread):
hasher = hasher_proto.copy() hasher = hasher_proto.copy()
hasher.update(current_url.encode('utf-8')) hasher.update(current_url.encode('utf-8'))
doc_id = hasher.hexdigest() doc_id = hasher.hexdigest()
sohu_data_coll = mongo_client.msohu.webpages
if not sohu_data_coll.find_one({'_id': doc_id}): if not sohu_data_coll.find_one({'_id': doc_id}):
sohu_data_coll.insert_one({ sohu_data_coll.insert_one({
'_id': doc_id, '_id': doc_id,
...@@ -124,17 +132,15 @@ def is_any_alive(spider_threads): ...@@ -124,17 +132,15 @@ def is_any_alive(spider_threads):
for spider_thread in spider_threads]) for spider_thread in spider_threads])
redis_client = redis.Redis(host='1.2.3.4', thread_local = local()
port=6379, password='1qaz2wsx')
mongo_client = pymongo.MongoClient(host='120.77.222.217', port=27017)
db = mongo_client.msohu
sohu_data_coll = db.webpages
hasher_proto = sha1() hasher_proto = sha1()
def main(): def main():
redis_client = redis.Redis(host='1.2.3.4', port=6379, password='1qaz2wsx')
if not redis_client.exists('m_sohu_task'): if not redis_client.exists('m_sohu_task'):
redis_client.rpush('m_sohu_task', 'http://m.sohu.com/') redis_client.rpush('m_sohu_task', 'http://m.sohu.com/')
spider_threads = [SpiderThread('thread-%d' % i, Spider()) spider_threads = [SpiderThread('thread-%d' % i, Spider())
for i in range(10)] for i in range(10)]
for spider_thread in spider_threads: for spider_thread in spider_threads:
......
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