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Python進程專題6：共享數據與同步

Yuanf / 2195人閱讀

摘要：可以使用標準的索引切片迭代操作訪問它，其中每項操作均鎖進程同步，對于字節字符串，還具有屬性，可以把整個數組當做一個字符串進行訪問。當所編寫的程序必須一次性操作大量的數組項時，如果同時使用這種數據類型和用于同步的多帶帶大的鎖，性能將極大提升。

上一篇文章：Python進程專題5：進程間通信
下一篇文章：Python進程專題7：托管對象

我們現在知道，進程之間彼此是孤立的，唯一通信的方式是隊列或管道，但要讓這兩種方式完成進程間通信，底層離不開共享內容，這就是今天的主角：共享內存。
創建共享值得方法

Value

v=Value(typecode,arg1,...,argN,lock):
typecode:要么是包含array模塊使用的相同類型代碼（如"i"、"d"等）的字符串，要么是來自ctypes模塊的類型對象
（例如：ctypes.c_int,ctypes.c_double等）。
arg1,...,argN:傳遞給構造函數的參數。
lock：只能使用關鍵字傳入的參數，默認為True：將創建一個新鎖來保護對值的訪問。如果傳入一個現有鎖，該鎖將用于進行同步。

訪問底層的值：v.value

RawValue

r=RawValue(typecode,arg1,...,argN):同Value對象，唯一區別是不存在lock

Array

a=Array(typecode,initializer,lock):在共享內存中創建ctypes數組。
initializer：要么是設置數組初始大小的整數，要么是項序列，其值和大小用于初始化數組。
可以使用標準的Python索引、切片、迭代操作訪問它，其中每項操作均→鎖進程同步，
對于字節字符串，a還具有a.value屬性，可以把整個數組當做一個字符串進行訪問。

RawArray

r=RawArray(typcode,initlizer):同Array，單不存在鎖。當所編寫的程序必須一次性操作大量的數組項時，
如果同時使用這種數據類型和用于同步的多帶帶大的鎖，性能將極大提升。

同步原語

除了使用上面方法創建共享值，multiprocess模塊還提供了一下同步原語的共享版本。
原語 描述
Lock 互斥鎖
RLock 可重入的互斥鎖（同一個進程可以多吃獲得它，同時不會造成阻塞）
Semaphore 信號量
BoundedSemaphore 有邊界的信號量
Event 事件
Condition 條件變量
實例：使用共享數組代替管道，將一個由浮點數組成的Python隊列發送給另外一個進程。

代碼：

#使用共享數組代替管道，將一個由浮點數組成的Python列表發送給另外一個進程
import multiprocessing

class FloatChannel(object):
    def __init__(self,maxsize):
        #在共享內存中創建一個試數組
        self.buffer=multiprocessing.RawArray("d",maxsize)
        #在共享內存中創建ctypes對象
        self.buffer_len=multiprocessing.Value("i")
        #定義一個信號量1代表：empty
        self.empty=multiprocessing.Semaphore(1)
        #定義一個信號量0代表：full
        self.full=multiprocessing.Semaphore(0)

    def send(self,values):
        #只在緩存為null時繼續
        #acquire()會阻塞線程，直到release被調用
        self.empty.acquire()
        nitems=len(values)
        print("保存內容的長度",nitems)
        #設置緩沖區大小
        self.buffer_len.value=nitems
        #將值復制到緩沖區中
        self.buffer[:nitems]=values
        print(self.buffer[:nitems])
        #發信號通知緩沖區已滿
        self.full.release()

    def recv(self):
        #只在緩沖區已滿時繼續
        self.full.acquire()
        #復制值
        values=self.buffer[:self.buffer_len.value]
        #發送信號，通知緩沖區為空
        self.empty.release()
        return values

#性能測試，接受多條消息
def consume_test(count,ch):
    #for i in range(count):
        values=ch.recv()
        print("接收到的值：",values)

#性能測試，發送多條消息
def produce_test(count,values,ch):
    #for i in range(count):
        print("發送：",values)
        ch.send(values)


if __name__=="__main__":
    ch=FloatChannel(10000)
    p=multiprocessing.Process(target=consume_test,args=(1000,ch))

    p.start()

    values=[float(x) for x in range(10)]

    produce_test(10,values,ch)

    print("done")

    p.join()

結果：

發送： [0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0]
保存內容的長度 10
[0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0]
done
接收到的值： [0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0]

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