Python爬虫 | 多线程、多进程、协程

对于操作系统来说，一个任务就是一个进程（Process），比如打开一个浏览器就是启动一个浏览器进程，打开一个记事本就启动了一个记事本进程，打开两个记事本就启动了两个记事本进程，打开一个Word就启动了一个Word进程。

有些进程还不止同时干一件事，比如Word，它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部，要同时干多件事，就需要同时运行多个“子任务”，我们把进程内的这些“子任务”称为线程（Thread）。

进程、线程、协程的区别

多进程模式最大的优点就是稳定性高，因为一个子进程崩溃了，不会影响主进程和其他子进程。（当然主进程挂了所有进程就全挂了，但是Master进程只负责分配任务，挂掉的概率低）著名的Apache最早就是采用多进程模式。

多进程模式的缺点是创建进程的代价大，在Unix/Linux系统下，用fork调用还行，在Windows下创建进程开销巨大。另外，操作系统能同时运行的进程数也是有限的，在内存和CPU的限制下，如果有几千个进程同时运行，操作系统连调度都会成问题。

多线程模式通常比多进程快一点，但是也快不到哪去，而且，多线程模式致命的缺点就是任何一个线程挂掉都可能直接造成整个进程崩溃，因为所有线程共享进程的内存。

协程的优势：

最大的优势就是协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。

第二大优势就是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。

一、多进程

Case 01
# 多进程，使用Pool

from multiprocessing import  Pool

def f(x):
    return x*x

if __name__ =='__main__':
    p =  Pool(5)
    list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
print(p.map(f,list))                # map是做映射


输出：[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]


Case 01-1
# 多进程，使用Pool

import time
import requests
from multiprocessing import Pool

task_list = [
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG1',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG2',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG3',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG4',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG5',
'http://bj.maitian.cn/zfall/PG6',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG7',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG8',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG9',
'http://bj.maitian.cn/zfall/PG10',
]

header = {
        'Accept': 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8',
        'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 '
                      '(KHTML, like Gecko) Chrome/58.0.3029.110 Safari/537.36'
    }

def download(url):
    response = requests.get(url,
                            headers=header,
                            timeout=30
                            )
    return response.status_code


if __name__ == '__main__':
    p = Pool(10)
    time_old = time.time()
    for item in p.map(download, task_list):
        print(item)
    time_new = time.time()
    time_cost = time_new - time_old
    print(time_cost)

Case 02

# 多进程，使用Process对象

from multiprocessing import Process

def f(name):
    print('hello',name)

if __name__ == '__main__':
    p_1 = Process(target=f, args=('bob',))        # 注意：参数是只包含一个元素的元祖
    p_1.start()
    p_1.join()


    p_2 = Process(target=f, args=('alice',))
    p_2.start()
p_2.join()


输出：
hello bob
hello alice


Case 02-1
# 多进程，使用Process对象

import time
import requests
from multiprocessing import Process

task_list = [
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG1',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG2',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG3',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG4',
    'http://bj.maitian.cn/zfall/PG5',
]

header = {
        'Accept': 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8',
        'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 '
                      '(KHTML, like Gecko) Chrome/58.0.3029.110 Safari/537.36'
    }

def download(url):
    response = requests.get(url,
                            headers=header,
                            timeout=30
                            )
    print(response.status_code)


if __name__ == '__main__':

    for item in task_list:
        p = Process(target=download, args=(item,))
        p.start()
        p.join()

二、多线程

Case 01

import threading
import time


class myThread(threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter

    def run(self):
        print("Starting " + self.name)
        # 获得锁，成功获得锁定后返回True
        # 可选的timeout参数不填时将一直阻塞直到获得锁定
        # 否则超时后将返回False
        threadLock.acquire()
        print_time(self.name, self.counter, 3)
        # 释放锁
        threadLock.release()


def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print("%s: %s" % (threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1


threadLock = threading.Lock()
threads = []

# 创建新线程
thread1 = myThread(1, "Thread-1", 1)
thread2 = myThread(2, "Thread-2", 2)

# 开启新线程
thread1.start()
thread2.start()

# 添加线程到线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()

print("Exiting Main Thread")

Case 02
import threadpool
import time

def sayhello (a):
    print("hello: "+a)
    time.sleep(2)

def main():
    global result
    seed=["a","b","c"]
    start=time.time()
    task_pool=threadpool.ThreadPool(5)
    requests=threadpool.makeRequests(sayhello,seed)
    for req in requests:
        task_pool.putRequest(req)
    task_pool.wait()
    end=time.time()
    time_m = end-start
    print("time: "+str(time_m))
    start1=time.time()
    for each in seed:
        sayhello(each)
    end1=time.time()
    print("time1: "+str(end1-start1))

if __name__ == '__main__':
main()

Case 03
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
import time

def sayhello(a):
    print("hello: "+a)
    time.sleep(2)

def main():
    seed=["a","b","c"]
    start1=time.time()
    for each in seed:
        sayhello(each)
    end1=time.time()
    print("time1: "+str(end1-start1))
    start2=time.time()
    with ThreadPoolExecutor(3) as executor:
        for each in seed:
            executor.submit(sayhello,each)
    end2=time.time()
    print("time2: "+str(end2-start2))
    start3=time.time()
    with ThreadPoolExecutor(3) as executor1:
        executor1.map(sayhello,seed)
    end3=time.time()
    print("time3: "+str(end3-start3))

if __name__ == '__main__':
main()

多线程做爬虫，如果有一个线程出现问题，所有的都失败了。所以，不适合做爬虫。

三、协程

Case 01

Client example:await, 等待某某执行完成以后才执行下一步
import aiohttp
import asyncio


async def fetch(session, url):
    async with session.get(url,) as response:
        return await response.text()                           # 注意text加括号了

async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:                # 使用aiohttp库里的ClientSession()函数创建一个session对象
        html = await fetch(session, 'http://www.baidu.com')       # 想要使用异步函数fetch的返回结果，必须加await参数，意思是必须等它执行完毕，才会去取它的返回值
        print(html)

loop = asyncio.get_event_loop()         # 获取EventLoop
loop.run_until_complete(main())         # 执行coroutine


Case  
通过gather实现并发，sleep，是暂时睡，把CPU给其他任务
通过gather方法实现并发.gather除了多任务外，还可以对任务进行分组。优先使用gather.
gather的意思是「搜集」，也就是能够收集协程的结果，而且要注意，它会按输入协程的顺序保存的对应协程的执行结果。

#coding:utf-8
import asyncio

async def a(t):
    print('-->', t)
    await asyncio.sleep(0.5)                # 暂停0.5秒，在这期间把CPU让给其他协程，可以让其他协程去执行
    print('<--', t)
    return t * 10

def main():
    futs = [a(t) for t in range(6)]             # 列表生成式
    print(futs)                           # coroutine object 协程对象

    ret = asyncio.gather(*futs)                 #记得加 *
    print(ret)                            # <_GatheringFuture pending> 收集未来对象

    loop = asyncio.get_event_loop()
    ret1 = loop.run_until_complete(ret)

    print(ret1)

main()



Case 03
loop.create_task比gather方法使用的更普遍一些，loop.create_task让任务开始执行

#coding:utf-8

import asyncio

async def a(t):
    print('-->', t)
    await asyncio.sleep(0.5)               # 这里睡0.5s
    print('<--', t)
    return t * 10

async def b():
    # loop = asyncio.get_event_loop()

    cnt = 0
    while 1:                            # 死循环，无限执行下去
        cnt += 1                        # counter计数器的缩写
        cor = a(cnt)   # coroutine
        resp = loop.create_task(cor)
        await asyncio.sleep(0.1)        # 睡的过程中，a 函数就可以执行。先执行a(1),睡0.1s；再执行a(2),睡0.1s；再执行，执行到a(5)时，用时0.5s
        print(resp)

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(b())

参考：

Python的线程与进程

https://www.jianshu.com/p/262594f44549

Python的全局解释器锁（GIL）

https://www.jianshu.com/p/9eb586b64bdb

Python分布式计算

https://www.jianshu.com/p/a8ec42f6cb4e

深入理解Python异步编程（上） - 简书

https://www.jianshu.com/p/fe146f9781d2

Awesome Asyncio 《碉堡的Asyncio·中文版》 - 简书

https://www.jianshu.com/p/4f667ecae64f

Kotlin Coroutines(协程) 完全解析（一），协程简介 - 简书携程系列文章