代码详解Python多线程、多进程、协程
CloudXli 2020-04-07
一、前言
很多时候我们写了一个爬虫，实现了需求后会发现了很多值得改进的地方，其中很重要的一点就是爬取速度。本文就通过代码讲解如何使用多进程、多线程、协程来提升爬取速度。注意：我们不深入介绍理论和原理，一切都在代码中。
二、同步
首先我们写一个简化的爬虫，对各个功能细分，有意识进行函数式编程。下面代码的目的是访问300次百度页面并返回状态码，其中parse_1函数可以设定循环次数，每次循环将当前循环数(从0开始)和url传入parse_2函数。
import requests def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' for i in range(300): parse_2(url) def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
性能的消耗主要在IO请求中，当单进程单线程模式下请求URL时必然会引起等待
示例代码就是典型的串行逻辑，parse_1将url和循环数传递给parse_2，parse_2请求并返回状态码后parse_1继续迭代一次，重复之前步骤
三、多线程
因为CPU在执行程序时每个时间刻度上只会存在一个线程，因此多线程实际上提高了进程的使用率从而提高了CPU的使用率
实现多线程的库有很多，这里用concurrent.futures中的ThreadPoolExecutor来演示。介绍ThreadPoolExecutor库是因为它相比其他库代码更简洁
为了方便说明问题，下面代码中如果是新增加的部分，代码行前会加上 > 符号便于观察说明问题，实际运行需要去掉
import requests > from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' # 建立线程池 > pool = ThreadPoolExecutor(6) for i in range(300): > pool.submit(parse_2, url) > pool.shutdown(wait=True) def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
跟同步相对的就是异步。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式，也就是说多线程是异步处理异步就意味着不知道处理结果，有时候我们需要了解处理结果，就可以采用回调
import requests from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor # 增加回调函数 > def callback(future): > print(future.result()) def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' pool = ThreadPoolExecutor(6) for i in range(300): > results = pool.submit(parse_2, url) # 回调的关键步骤 > results.add_done_callback(callback) pool.shutdown(wait=True) def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
Python实现多线程有一个无数人诟病的GIL(全局解释器锁)，但多线程对于爬取网页这种多数属于IO密集型的任务依旧很合适。
四、多进程
多进程用两个方法实现：ProcessPoolExecutor和multiprocessing
1. ProcessPoolExecutor
和实现多线程的ThreadPoolExecutor类似
import requests > from concurrent.futures import ProcessPoolExecutor def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' # 建立线程池 > pool = ProcessPoolExecutor(6) for i in range(300): > pool.submit(parse_2, url) > pool.shutdown(wait=True) def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
可以看到改动了两次类名，代码依旧很简洁，同理也可以添加回调函数
import requests from concurrent.futures import ProcessPoolExecutor > def callback(future): > print(future.result()) def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' pool = ProcessPoolExecutor(6) for i in range(300): > results = pool.submit(parse_2, url) > results.add_done_callback(callback) pool.shutdown(wait=True) def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
2. multiprocessing
直接看代码，一切都在注释中。
import requests > from multiprocessing import Pool def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' # 建池 > pool = Pool(processes=5) # 存放结果 > res_lst = [] for i in range(300): # 把任务加入池中 > res = pool.apply_async(func=parse_2, args=(url,)) # 获取完成的结果(需要取出) > res_lst.append(res) # 存放最终结果(也可以直接存储或者print) > good_res_lst = [] > for res in res_lst: # 利用get获取处理后的结果 > good_res = res.get() # 判断结果的好坏 > if good_res: > good_res_lst.append(good_res) # 关闭和等待完成 > pool.close() > pool.join() def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
可以看到multiprocessing库的代码稍繁琐，但支持更多的拓展。多进程和多线程确实能够达到加速的目的，但如果遇到IO阻塞会出现线程或者进程的浪费，因此有一个更好的方法……
五、异步非阻塞
协程+回调配合动态协作就可以达到异步非阻塞的目的，本质只用了一个线程，所以很大程度利用了资源
实现异步非阻塞经典是利用asyncio库+yield，为了方便利用逐渐出现了更上层的封装 aiohttp，要想更好的理解异步非阻塞最好还是深入了解asyncio库。而gevent是一个非常方便实现协程的库
import requests > from gevent import monkey # 猴子补丁是协作运行的灵魂 > monkey.patch_all() > import gevent def parse_1(): url = 'https://www.baidu.com' # 建立任务列表 > tasks_list = [] for i in range(300): > task = gevent.spawn(parse_2, url) > tasks_list.append(task) > gevent.joinall(tasks_list) def parse_2(url): response = requests.get(url) print(response.status_code) if __name__ == '__main__': parse_1()
gevent能很大提速，也引入了新的问题：如果我们不想速度太快给服务器造成太大负担怎么办?如果是多进程多线程的建池方法，可以控制池内数量。如果用gevent想要控制速度也有一个不错的方法：建立队列。gevent中也提供了Quene类，下面代码改动较大
