众所周知，Python的并行处理能力很不理想。我认为如果不考虑线程和GIL的标准参数（它们大多是合法的），其原因不是因为技术不到位，而是我们的使用方法不恰当。大多数关于Python线程和多进程的教材虽然都很出色，但是内容繁琐冗长。它们的确在开篇铺陈了许多有用信息，但往往都不会涉及真正能提高日常工作的部分。
经典例子
DDG上以“Python threading tutorial （Python线程教程）”为关键字的热门搜索结果表明：几乎每篇文章中给出的例子都是相同的类+队列。
事实上，它们就是以下这段使用producer/Consumer来处理线程/多进程的代码示例：
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#Example.py'''Standard Producer/Consumer Threading Pattern''' import timeimport threadingimport Queue class Consumer(threading.Thread): def __init__(self, queue): threading.Thread.__init__(self) self._queue = queue def run(self): while True: # queue.get() blocks the current thread until # an item is retrieved. msg = self._queue.get() # Checks if the current message is # the "Poison Pill" if isinstance(msg, str) and msg == 'quit': # if so, exists the loop break # "Processes" (or in our case, prints) the queue item print "I'm a thread, and I received %s!!" % msg # Always be friendly! print 'Bye byes!' def Producer(): # Queue is used to share items between # the threads. queue = Queue.Queue() # Create an instance of the worker worker = Consumer(queue) # start calls the internal run() method to # kick off the thread worker.start() # variable to keep track of when we started start_time = time.time() # While under 5 seconds.. while time.time() - start_time < 5: # "Produce" a piece of work and stick it in # the queue for the Consumer to process queue.put('something at %s' % time.time()) # Sleep a bit just to avoid an absurd number of messages time.sleep(1) # This the "poison pill" method of killing a thread. queue.put('quit') # wait for the thread to close down worker.join() if __name__ == '__main__': Producer() |
唔…….感觉有点像Java。
我现在并不想说明使用Producer / Consume来解决线程/多进程的方法是错误的——因为它肯定正确，而且在很多情况下它是最佳方法。但我不认为这是平时写代码的最佳选择。
它的问题所在（个人观点）
首先，你需要创建一个样板式的铺垫类。然后，你再创建一个队列，通过其传递对象和监管队列的两端来完成任务。（如果你想实现数据的交换或存储，通常还涉及另一个队列的参与）。
Worker越多，问题越多。
接下来，你应该会创建一个worker类的pool来提高Python的速度。下面是IBM tutorial给出的较好的方法。这也是程序员们在利用多线程检索web页面时的常用方法。
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#Example2.py'''A more realistic thread pool example''' import timeimport threadingimport Queueimport urllib2 class Consumer(threading.Thread): def __init__(self, queue): threading.Thread.__init__(self) self._queue = queue def run(self): while True: content = self._queue.get() if isinstance(content, str) and content == 'quit': break response = urllib2.urlopen(content) print 'Bye byes!' def Producer(): urls = [ 'http://www.python.org', 'http://www.yahoo.com' 'http://www.scala.org', 'http://www.google.com' # etc.. ] queue = Queue.Queue() worker_threads = build_worker_pool(queue, 4) start_time = time.time() # Add the urls to process for url in urls: queue.put(url) # Add the poison pillv for worker in worker_threads: queue.put('quit') for worker in worker_threads: worker.join() print 'Done! Time taken: {}'.format(time.time() - start_time) def build_worker_pool(queue, size): workers = [] for _ in range(size): worker = Consumer(queue) worker.start() workers.append(worker) return workers if __name__ == '__main__': Producer() |
它的确能运行，但是这些代码多么复杂阿！它包括了初始化方法、线程跟踪列表以及和我一样容易在死锁问题上出错的人的噩梦——大量的join语句。而这些还仅仅只是繁琐的开始！
我们目前为止都完成了什么？基本上什么都没有。上面的代码几乎一直都只是在进行传递。这是很基础的方法，很容易出错（该死，我刚才忘了在队列对象上还需要调用task_done()方法（但是我懒得修改了）），性价比很低。还好，我们还有更好的方法。
介绍：Map
Map是一个很棒的小功能，同时它也是Python并行代码快速运行的关键。给不熟悉的人讲解一下吧，map是从函数语言Lisp来的。map函数能够按序映射出另一个函数。例如
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urls = ['http://www.yahoo.com', 'http://www.reddit.com']results = map(urllib2.urlopen, urls) |
这里调用urlopen方法来把调用结果全部按序返回并存储到一个列表里。就像：
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results = []for url in urls: results.append(urllib2.urlopen(url)) |
Map按序处理这些迭代。调用这个函数，它就会返回给我们一个按序存储着结果的简易列表。
为什么它这么厉害呢？因为只要有了合适的库，map能使并行运行得十分流畅！
有两个能够支持通过map函数来完成并行的库：一个是multiprocessing，另一个是鲜为人知但功能强大的子文件：multiprocessing.dummy。
题外话：这个是什么？你从来没听说过dummy多进程库？我也是最近才知道的。它在多进程的说明文档里面仅仅只被提到了一句。而且那一句就是大概让你知道有这么个东西的存在。我敢说，这样几近抛售的做法造成的后果是不堪设想的！
Dummy就是多进程模块的克隆文件。唯一不同的是，多进程模块使用的是进程，而dummy则使用线程（当然，它有所有Python常见的限制）。也就是说，数据由一个传递给另一个。这能够使得数据轻松的在这两个之间进行前进和回跃，特别是对于探索性程序来说十分有用，因为你不用确定框架调用到底是IO 还是CPU模式。
准备开始
要做到通过map函数来完成并行，你应该先导入装有它们的模块：
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from multiprocessing import Poolfrom multiprocessing.dummy import Pool as ThreadPool |
再初始化:
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pool = ThreadPool() |
这简单的一句就能代替我们的build_worker_pool 函数在example2.py中的所有工作。换句话说，它创建了许多有效的worker，启动它们来为接下来的工作做准备，以及把它们存储在不同的位置，方便使用。
Pool对象需要一些参数，但最重要的是：进程。它决定pool中的worker数量。如果你不填的话，它就会默认为你电脑的内核数值。
如果你在CPU模式下使用多进程pool，通常内核数越大速度就越快（还有很多其它因素）。但是，当进行线程或者处理网络绑定之类的工作时，情况会比较复杂所以应该使用pool的准确大小。
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pool = ThreadPool(4) # Sets the pool size to 4 |
如果你运行过多线程，多线程间的切换将会浪费许多时间，所以你最好耐心调试出最适合的任务数。
我们现在已经创建了pool对象，马上就能有简单的并行程序了，所以让我们重新写example2.py中的url opener吧！
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import urllib2from multiprocessing.dummy import Pool as ThreadPool urls = [ 'http://www.python.org', 'http://www.python.org/about/', 'http://www.onlamp.com/pub/a/python/2003/04/17/metaclasses.html', 'http://www.python.org/doc/', 'http://www.python.org/download/', 'http://www.python.org/getit/', 'http://www.python.org/community/', 'https://wiki.python.org/moin/', 'http://planet.python.org/', 'https://wiki.python.org/moin/LocalUserGroups', 'http://www.python.org/psf/', 'http://docs.python.org/devguide/', 'http://www.python.org/community/awards/' # etc.. ] # Make the Pool of workerspool = ThreadPool(4)# Open the urls in their own threads# and return the resultsresults = pool.map(urllib2.urlopen, urls)#close the pool and wait for the work to finishpool.close()pool.join() |
看吧！这次的代码仅用了4行就完成了所有的工作。其中3句还是简单的固定写法。调用map就能完成我们前面例子中40行的内容！为了更形象地表明两种方法的差异，我还分别给它们运行的时间计时。
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# results = []# for url in urls:# result = urllib2.urlopen(url)# results.append(result) # # ------- VERSUS ------- # # # ------- 4 Pool ------- ## pool = ThreadPool(4)# results = pool.map(urllib2.urlopen, urls) # # ------- 8 Pool ------- # # pool = ThreadPool(8)# results = pool.map(urllib2.urlopen, urls) # # ------- 13 Pool ------- # # pool = ThreadPool(13)# results = pool.map(urllib2.urlopen, urls) |
结果：
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# Single thread: 14.4 Seconds# 4 Pool: 3.1 Seconds# 8 Pool: 1.4 Seconds# 13 Pool: 1.3 Seconds |
相当出色！并且也表明了为什么要细心调试pool的大小。在这里，只要大于9，就能使其运行速度加快。
实例2：
生成成千上万的缩略图
我们在CPU模式下来完成吧！我工作中就经常需要处理大量的图像文件夹。其任务之一就是创建缩略图。这在并行任务中已经有很成熟的方法了。
基础的单线程创建
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import osimport PIL from multiprocessing import Poolfrom PIL import Image SIZE = (75,75)SAVE_DIRECTORY = 'thumbs' def get_image_paths(folder): return (os.path.join(folder, f) for f in os.listdir(folder) if 'jpeg' in f) def create_thumbnail(filename): im = Image.open(filename) im.thumbnail(SIZE, Image.ANTIALIAS) base, fname = os.path.split(filename) save_path = os.path.join(base, SAVE_DIRECTORY, fname) im.save(save_path) if __name__ == '__main__': folder = os.path.abspath( '11_18_2013_R000_IQM_Big_Sur_Mon__e10d1958e7b766c3e840') os.mkdir(os.path.join(folder, SAVE_DIRECTORY)) images = get_image_paths(folder) for image in images: create_thumbnail(Image) |
对于一个例子来说，这是有点难，但本质上，这就是向程序传递一个文件夹，然后将其中的所有图片抓取出来，并最终在它们各自的目录下创建和储存缩略图。
我的电脑处理大约6000张图片用了27.9秒。
如果我们用并行调用map来代替for循环的话：
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import osimport PIL from multiprocessing import Poolfrom PIL import Image SIZE = (75,75)SAVE_DIRECTORY = 'thumbs' def get_image_paths(folder): return (os.path.join(folder, f) for f in os.listdir(folder) if 'jpeg' in f) def create_thumbnail(filename): im = Image.open(filename) im.thumbnail(SIZE, Image.ANTIALIAS) base, fname = os.path.split(filename) save_path = os.path.join(base, SAVE_DIRECTORY, fname) im.save(save_path) if __name__ == '__main__': folder = os.path.abspath( '11_18_2013_R000_IQM_Big_Sur_Mon__e10d1958e7b766c3e840') os.mkdir(os.path.join(folder, SAVE_DIRECTORY)) images = get_image_paths(folder) pool = Pool() pool.map(create_thumbnail,images) pool.close() pool.join() |
5.6秒！
对于只改变了几行代码而言，这是大大地提升了运行速度。这个方法还能更快，只要你将cpu 和 io的任务分别用它们的进程和线程来运行——但也常造成死锁。总之，综合考虑到 map这个实用的功能，以及人为线程管理的缺失，我觉得这是一个美观，可靠还容易debug的方法。
好了，文章结束了。一行完成并行任务。
