Python一行代码完成并行任务
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：
#Example.py
'''
Standard Producer/Consumer Threading Pattern
'''
import time
import threading
import 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。
#Example2.py
"""
A more realistic thread pool example
"""
import time
import threading
import Queue
import 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
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：
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：
from multiprocessing import Pool from multiprocessing.dummy import Pool as ThreadPool
再初始化:
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。
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!
import urllib2 from 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 workers pool = ThreadPool(4) # Open the urls in their own threads # and return the results results = pool.map(urllib2.urlopen, urls) #close the pool and wait for the work to finish pool.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。
结果：
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
import os import PIL from multiprocessing import Pool from 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：
import os import PIL from multiprocessing import Pool from 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!