张钊*，沈啸彬*, 王旭* 李月，曹海艳，
(淮北师范大学计算机科学与技术学院，淮北师范大学经济与管理学院，安徽 淮北)
*These authors contributed to the work equllly and should be regarded as co-first authors.
🌞欢迎来到python的世界
🌈博客主页：卿云阁💌欢迎关注🎉点赞👍收藏⭐️留言📝
🌟本文由卿云阁原创！
🌠本阶段属于练气阶段，希望各位仙友顺利完成突破
📆首发时间：🌹2022年12月1日🌹
✉️希望可以和大家一起完成进阶之路！
🙏作者水平很有限，如果发现错误，请留言轰炸哦！万分感谢！
目录
进程线程有多重要？刚开始学Python的时候你可能还没有感觉到，因为你写的代码从上到下 执行一遍就可以了，但实际上这很初级，实际开发写项目的时候，为了充分利用电脑配置来 加快程序进度，我们往往会用到多进程多线程。但是实话实说，博主学习这个的原因是因为项目的需要，我是做了一个项目，需要目标检测和测距并配合语音进行输出，一开始时我是把语音直接加在目标检测的后面，但是这产生了延迟的问题，为了解决这个问题，我开始学习这个知识点。🍈 多任务操作系统
操作系统可以执行多个任务，比如我们的Windows系统，除了目前在执行的、你能看得到的 几个任务，还有很多后台正在执行的任务，可以用Ctrl+Alt+Del键调出任务管理器看一下就知道了。
我的电脑配置经常会看到有几核处理器的属性，例如我的电脑是8核的，也就是说电脑最多能同时执行8个任务，最多运行8个进程同时进行。
但为什么我们的电脑却能够同时运行几百个任务呢？
其实这得益于于操作系统的任务调度，大部分的操作系统是采用抢占时间片的形式进行调度 。系统在极其微小的时间内，在多个任务之间进行极快速的切换，比如说8核的操作系统理论上1秒钟之内只能同时执行8个任务，但是系统在1秒钟之内可能在上百个任务之间进行切换，A任务执行一下、B任务执行一下、C任务执行一下......结果1秒钟之内很多任务都能被执行到，造成了肉眼可见的几百个任务在一直执行。 术语叫“宏观并行，微观串行”，实际上电脑在极端的时间内只能执行不超过配置核数的任 务数，8核还是只能执行8个任务。
🍉何为进程？何为线程？
进程就是任务，1个进程就相当于1个任务，是操作系统分配资源的最 小单位。在python中，想要实现多任务可以使用进程来完成，进程是实现多任务的一种方式。进程的多个子任务就称之为线程，线程是进程的最小执行单位， 一个进程可以有很多线程， 每个线程执行的任务都不一样。Python既支持多进程又支持多线程
🍊Python的多进程multiprocessing （包）
如果你利用多进程，你的Python代码是从头到尾逐行执行的，这其实就是在执行1个进程， 这一点应该很好理解。 要想更多利用CPU资源，我们可以利用多进程，这里介绍一个Python多进程时常用的包 multiprocessing，它拥有很多的功能，比如子进程、通讯、共享、执行不同的形式等等,我们来了解一些常用的。1.Process——进程类
Process是multiprocessing里面的一个进程类，通过它就能实现多进程。Process(target,name,args,kwargs)
- target是目标，在哪里新开进程让系统去执行？得给系统一个目标。
- name是进程的名字，你可以设置也可以不设置，默认是Process-N，N是从 1,2,3....N，系统默认从小到大取名。
- args和kwargs是参数，可用于传递到目标。
Process里面有很多方法，其中最常用的就是start（）启动进程的方法。进程名.start() #开始进程举例：写好的代码如下，我想看看开启和没开启多进程调用函数的效果。import time #2个要同时执行的函数 def music() : for i in range(5): #执行5次 print("听音乐中...") time.sleep(0.2) #延迟0.2s，目的是让效果对比更明显一些 def movie(): for i in range(5): print("看视频中...") time.sleep(0.2) #延迟0.2s music() movie() print("主进程执行完毕")可以看到，这是很正常的运行情况，程序从上运行到下，逐行运行，music()里面的三次循环没有执行完毕就不会执行movie（）里面，以及这两个函数如果没有执行完毕，就不会执行最后一行的print("主进程执行完毕")。
我们再来看在上面案例的代码中加入多进程:import time import multiprocessing # 2个要同时执行的函数 def music(): for i in range(5): # 执行5次 print("听音乐中...") time.sleep(0.2) # 延迟0.2s，目的是让效果对比更明显一些 def movie(): for i in range(5): print("看视频中...") time.sleep(0.2) # 延迟0.2s if __name__ == "__main__": # 解决Windows系统下调用包时的递归问题 # 创建子进程 music_process = multiprocessing.Process(target=music) movie_process = multiprocessing.Process(target=movie) # 启用进程 music_process.start() movie_process.start() print("主进程执行完毕")运行效果：
可以看出来，这开启进程之后，代码运行时是有3个进程同时进行的，一个是从上往下执行的主进程，执行到下面输出“主进程执行完毕”，另外两个子进程去执行music（）和movie()进程，从他们的执行速度来看，它们是同时在进行的，所以没有像刚才那样非要等其中一个函数里面的代码执行3遍才开始第2个函数。
🍋获取当前进程的编号
前面我们讲到了代码执行时有多个进程在同时进行任务，那么怎么样查看当前进程的编号来得知目前有哪些进程在运行呢？哪些是主进程哪些是子进程呢？3个方法，我们先来看一下方 法，后面再结合例子一起使用。（1）获取当前进程的编号：需要用到一个os模块里面的getpid()方法，用法如下：os.getpid()（2）获取当前进程的名字这里用的还是multiprocessing包，里面有个current_process()的方法，用法如下：multiprocessing.current_process()（3）获取当前父进程（主进程）的编号子进程是属于哪个父进程的？这个用的是os模块里面的getppid() ，用法如下：os.getppid()那么方法都看到了，我们来在刚才的例子的基础上，获取并打印一下当前进程的名字、编号以及父进程的编号。运行结果：
🍔多线程Threading模块
多进程能同时运行几个任务，前面我们讲过进程的最小单位是线程，那么线程也同样可以进行多个任务。如果一个进程只有1个任务（主进程），那么也可以说是只有1个线程，就比如我们不使用多进程运行代码的时候，这时候就可以说1个主进程或1个主线程。1.多线程的类Thread类
多线程常用的一个模块是threading，里面有个教Thread的类，跟前面我们将多进程时用到的Process类差不多，我们先来看看用法：Thread(target=None,name=None,args=(),kwargs=None)
- target:可执行目标
- name：线程的名字默认Thread-N
- args/kwargs:目标参数
同样的，多线程也要有开启的方法，跟前面的也差不多：start()还有获取线程名字的方法：threading.current_thread()知道了这些知识点，我们开始举例：用跟上面差不多的例子去使用一下我们的多线程。import threading,time def music(name,loop): for i in range(loop): print("听音乐 %s , 第%s次"%(name,i)) time.sleep(0.2) def movie(name,loop): for i in range(loop): print("看电影%s , 第%s次"%(name,i)) time.sleep(0.2) if __name__ =="__main__": music_thread = threading.Thread(target=music,args=("最亲的人",3)) movie_thread = threading.Thread(target=movie,args=("唐探2",3)) music_thread.start() movie_thread.start() print("主线程执行完毕")
可以看出来，我们的多线程其实是跟多进程差不多的，同样可以运行多个任务，这里我们还增加了参数的使用。
🍿继承Thread类
我们除了用上面的方法实现多线程任务，还可以用继承类的方式去实现多线程。举例：通过多线程的方式，去打印“凉凉”和“头发没了"。MyThread这个类是我们自己创建的，它是继承于父类threading.Threadimport threading,time #多线程的创建 class MyThread(threading.Thread): def __init__(self,name): #初始化 super().__init__() #调用父类Thread的初始化方法 self.name = name #name变成实例属性 def run(self): #线程要做的事情 for i in range(5): print(self.name) time.sleep(0.2) #实例化子线程 t1 = MyThread("凉凉") t2 = MyThread("头发没了") t1.start() t2.start()运行结果：
随机效果是有的，你们的效果和我的可能会不一样，每台电脑在运行多线程代码时，哪个线程能够抢到时间片谁就先执行。 通过类Thread继承一样可以实现多线程。
🥓python提供了多种进程通信
一般来说进程之间是并行的，在实际的工程中时，常常是两个进程之间是有一定关系的，比如我现在需要完成任务一（进程1——>进程2进行加工和处理），所以必须然后让进程之间通信，此时我们必须要搭建一个桥梁，这个时候我就需要用到数据结构，队列。
再比如博主做的项目中，语音播报模块需要等目标检测模块中的值，这个时候我们应该怎么办呢？这里就涉及到进程的通信。python提供了多种进程通信的方式，主要Queue和Pipe这两种方式，Queue用于多个进程间实现通信，Pipe是两个进程的通信。
Queue有两个方法：
Put方法：以插入数据到队列中，他还有两个可选参数：blocked和timeout。
Get方法：从队列读取并且删除一个元素。同样，他还有两个可选参数：blocked和timeout。
from multiprocessing import Process, Queue, set_start_method import time,random,os #创建队列，容量为3 q=Queue(3) q.put(1) q.put(2) q.put(3) q.put(4,timeout=3)#一直没执行,意思是等待3秒。
from multiprocessing import Process, Queue, set_start_method import time,random,os #创建队列，容量为3 q=Queue(3) q.put(1) q.put(2) q.put(3) print(q.qsize()) while True: if not q.empty(): print(q.get()) else: print("该队列已为空") break
举个栗子：
比如现在我有一个任务是下载音乐然后保存音乐：
from multiprocessing import Process, Queue, set_start_method import time,random,os #下载音乐 def load_music(q): music_list=["1","2","3","4","5"] for i in music_list: print('正在下载<{}>音乐'.format(i)) q.put(i)#把下载好的音乐存入队列 #保存音乐 def save_music(q): while True: if not q.empty(): print('把<{}>音乐存入D盘'.format(q.get())) else: print("该队列已为空") break if __name__ == '__main__': q=Queue(4) p1 = Process(target=load_music,name='目标检测',args=(q,)) p2 = Process(target=save_music,name='保存音乐',args=(q,)) #启动子进程，写入 p1.start() p2.start()
再举一个我项目中的例子：
from multiprocessing import Process, Queue, set_start_method import time,random,os #目标检测 def load(q1,q2): state_list=["red","green"] dis_list=["1", "2", "3", "4", "5"] for i in state_list: print('检测当前的状态<{}>'.format(i)) q1.put(i)#把当前的状态存入队列 for i in dis_list: print('检测当前的距离<{}>'.format(i)) q2.put(i)#把当前的状态存入队列 #语音播报 def save(q1,q2): while True: if not q1.empty(): print('把状态<{}>语音播报'.format(q1.get())) else: print("该队列已为空") break while True: if not q2.empty(): print('把距离<{}>语音播报'.format(q2.get())) else: print("该队列已为空") break if __name__ == '__main__': q1=Queue(2) q2=Queue(5) p1 = Process(target=load,name='目标检测',args=(q1,q2,)) p2 = Process(target=save,name='语音播报',args=(q1,q2,)) #启动子进程，写入 p1.start() p2.start()结语：上面的三种方式均可以实现多个任务的同时进行，对于初学者来说，个人认为找到一个适合自己使用习惯的就可以了。Institutional Review Board Statement: Not applicable.
Informed Consent Statement: Not applicable.
Data Availability Statement: Not applicable.
Author Contributions:All authors participated in the assisting performance study and approved the paper.
Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest
