Python进程状态与multiprocessing模块使用详解

本文通过具体实例深入解析Python中进程的状态机制、创建方式及实际使用方法，旨在为读者提供清晰的参考指南。

进程概念与运行状态

进程及其运行状态

1. 进程概念解析

程序是指静态的代码文件，例如xxx.py，它本身不执行任何操作。

进程则是程序运行时的实体，由代码和所占用的系统资源共同组成，它是操作系统进行资源分配的基本单元。

除了线程可以实现多任务处理外，进程同样具备执行多任务的能力。

2. 进程的三种状态

在实际工作中，待处理的任务数量通常超过CPU的核心数量。这意味着部分任务正在执行，而其余任务处于等待状态，从而形成了不同的进程状态。

• 就绪态：进程已具备所有运行条件，正在等待CPU调度以执行。
• 执行态：CPU正在运行该进程的功能代码。
• 等待态：进程因等待某些条件满足（如执行sleep操作）而暂时挂起。

使用multiprocessing创建进程

进程的创建：使用multiprocessing模块

multiprocessing模块提供了跨平台的多进程支持，通过Process类来代表一个进程对象。该对象可视为一个独立的执行单元，用于执行特定的任务。

示例：两个while循环并发执行

# -*- coding:utf-8 -*-
from multiprocessing import Process
import time
def run_proc():
  """子进程要执行的代码"""
  while True:
    print("----2----")
    time.sleep(1)
if __name__=='__main__':
  p = Process(target=run_proc)
  p.start()
  while True:
    print("----1----")
    time.sleep(1)

说明

• 创建子进程时，需传入执行函数及其参数，实例化Process对象后调用start()方法即可启动进程。

示例：获取进程PID

# -*- coding:utf-8 -*-
from multiprocessing import Process
import os
import time
def run_proc():
  """子进程要执行的代码"""
  print('子进程运行中，pid=%d...' % os.getpid()) # os.getpid获取当前进程的进程号
  print('子进程将要结束...')
if __name__ == '__main__':
  print('父进程pid: %d' % os.getpid()) # os.getpid获取当前进程的进程号
  p = Process(target=run_proc)
  p.start()

Process类的语法结构如下：

Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

• target：指定子进程要执行的函数引用。
• args：以元组形式向target指定的函数传递位置参数。
• kwargs：以字典形式向target指定的函数传递关键字参数。
• name：为进程设定别名，若不设定则使用默认值。
• group：指定进程组，大多数场景下无需使用。

Process实例的常用方法：

• start()：启动子进程，即创建并运行子进程。
• is_alive()：检查子进程是否仍在运行。
• join([timeout])：主进程等待子进程执行完毕，或等待指定的秒数。
• terminate()：无论任务是否完成，立即终止子进程。

Process实例的常用属性：

• name：进程别名，默认为Process-N，N为从1开始递增的整数。
• pid：当前进程的进程号（Process ID）。

子进程参数传递与变量隔离

示例：向子进程函数传递参数

# -*- coding:utf-8 -*-
from multiprocessing import Process
import os
from time import sleep
def run_proc(name, age, **kwargs):
  for i in range(10):
    print('子进程运行中，name= %s,age=%d ,pid=%d...' % (name, age, os.getpid()))
    print(kwargs)
    sleep(0.2)
if __name__=='__main__':
  p = Process(target=run_proc, args=('test',18), kwargs={"m":20})
  p.start()
  sleep(1) # 1秒中之后，立即结束子进程
  p.terminate()
  p.join()

运行结果如下：

子进程运行中，name= test,age=18 ,pid=45097... {'m': 20} 子进程运行中，name= test,age=18 ,pid=45097... {'m': 20} 子进程运行中，name= test,age=18 ,pid=45097... {'m': 20} 子进程运行中，name= test,age=18 ,pid=45097... {'m': 20} 子进程运行中，name= test,age=18 ,pid=45097... {'m': 20}

示例：进程间不共享全局变量

# -*- coding:utf-8 -*-
from multiprocessing import Process
import os
import time
nums = [11, 22]
def work1():
  """子进程要执行的代码"""
  print("in process1 pid=%d ,nums=%s" % (os.getpid(), nums))
  for i in range(3):
    nums.append(i)
    time.sleep(1)
    print("in process1 pid=%d ,nums=%s" % (os.getpid(), nums))
def work2():
  """子进程要执行的代码"""
  print("in process2 pid=%d ,nums=%s" % (os.getpid(), nums))
if __name__ == '__main__':
  p1 = Process(target=work1)
  p1.start()
  p1.join()
  p2 = Process(target=work2)
  p2.start()

运行结果如下：

in process1 pid=11349 ,nums=[11, 22] in process1 pid=11349 ,nums=[11, 22, 0] in process1 pid=11349 ,nums=[11, 22, 0, 1] in process1 pid=11349 ,nums=[11, 22, 0, 1, 2] in process2 pid=11350 ,nums=[11, 22]

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希望本文所述内容能对读者的Python程序设计有所帮助。