多任务介绍
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现实生活中的多任务
有很多的场景中的事情是同时进行的,比如开车的时候 手和脚共同来驾驶汽车,再比如唱歌跳舞也是同时进行的;在线听歌(边下载边听歌);老师边讲边操作等等
试想,如果把老师讲课和动手操作分开,会是什么效果?
2.计算机中的多任务
什么叫“多任务”呢?简单地说,就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方,你一边在用浏览器上网,一边在听MP3,一边在用Word赶作业,这就是多任务,至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着,只是桌面上没有显示而已。
现在,多核CPU已经非常普及了,但是,即使过去的单核CPU,也可以执行多任务。由于CPU执行代码都是顺序执行的,那么,单核CPU是怎么执行多任务的呢?
答案就是操作系统轮流让各个任务交替执行,任务1执行0.01秒,切换到任务2,任务2执行0.01秒,再切换到任务3,执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看,每个任务都是交替执行的,但是,由于CPU的执行速度实在是太快了,我们感觉就像所有任务都在同时执行一样。
真正的并行执行多任务只能在多核CPU上实现,但是,由于任务数量远远多于CPU的核心数量,所以,操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。
并发与并行
并发:指的是任务数多于cpu核数,通过操作系统的各种任务调度算法,实现用多个任务“一起”执行(实际上总有一些任务不在执行,因为切换任务的速度相当快,看上去一起执行而已)
并行:当任务数小于或者等于cpu核数时,每一个任务都有对应的cpu来处理执行,即任务真的是一起执行的
cpu的时间观
# 每0.5秒获取一次结果,保存一次结果需1秒.
import time
def get_data():
time.sleep(0.5)
print('获取')
def save_data():
time.sleep(1)
print('保存')
t1 = time.time()
for n in range(10):
get_data()
save_data()
t2 = time.time()
print('耗时:{}'.format(t2 - t1))
改良后:
import gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import time
from gevent import pool
all_data = []
def get_data():
time.sleep(0.5)
all_data.append(1)
print('获取')
def save_data():
while True:
if len(all_data) > 0:
data = all_data.pop()
if data:
time.sleep(1)
print('保存')
break
else:
time.sleep(0.1)
jobs = []
p = pool.Pool()
t1 = time.time()
for n in range(10):
jobs.append(p.spawn(get_data))
jobs.append(p.spawn(save_data))
gevent.joinall(jobs)
t2 = time.time()
print('耗时:{}'.format(t2 - t1))
互斥锁
当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候,需要进行同步控制
线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源,最简单的同步机制是引入互斥锁。
互斥锁为资源引入一个状态:锁定/非锁定
某个线程要更改共享数据时,先将其锁定,此时资源的状态为“锁定”,其他线程不能更改;直到该线程释放资源,将资源的状态变成“非锁定”,其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作,从而保证了多线程情况下数据的正确性。
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死锁
现实社会中,男女双方都在等待对方先道歉
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如果双方都这样固执的等待对方先开口道歉,弄不好,就分手了
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在线程间共享多个资源的时候,如果两个线程分别占有一部分资源并且同时等待对方的资源,就会造成死锁。
假设我们有一把蓝钥匙,可以打开一扇蓝色的门;以及一把红钥匙,可以打开一扇红色的门。两把钥匙被保存在一个皮箱里。同时我们定义六种行为:获取蓝钥匙,打开蓝色门,归还蓝钥匙,获取红钥匙,打开红色门,归还红钥匙。
游戏规则是:一个人(线程)必须通过排列六种指令的顺序,打开两扇门,最后归还钥匙。
注意同一颜色的三种指令的先后顺序是“取钥匙 -> 开门 -> 还钥匙”就可以了。比如下面这种执行顺序:
同样的规则,只不过换成两个线程同时进行这个游戏,每个线程都有各自的两扇门需要打开,但是两个线程共享一副红蓝钥匙。
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解决方案
---方法一 . 破坏互斥条件---
只有一副钥匙,这是形成死锁的最关键的原因。显然,如果我们能在两个线程跑之前,能给每个线程单独拷贝一份钥匙的副本,就能有效的避免死锁了。
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当然,这种方法试用范围并不广。因为有时如果系统拷贝那副钥匙的成本极高,而线程又很多的话,这种方法就不适用了。
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--方法二. 破坏环路等待条件---
会出现死锁的两两组合,一定都是一个线程先取了红钥匙而另一个线程先取了蓝钥匙,从而导致了可能形成了“环路等待”。所以我们可以强制规定任何线程取钥匙的顺序只能是 “先取蓝钥匙再取红钥匙”的话,就能避免死锁了
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---方法三.破坏不剥夺条件---
除非线程自己还钥匙,否则线程会一直占有钥匙,是形成不可剥夺条件的原因。这里,我们可以通过设置一个”最长占用时间“的阈值来解决这个问题——如果过了10分钟仍然没有进入下一个步骤,则归还已有的钥匙。这样的话,两个线程都能取到所需的钥匙继续下去了。
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---方法四.破坏请求和保持条件---
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任何一个线程“贪心”,都可能会导致死锁。大致就是说有了一把钥匙还没还就要另一把。这里我们可以通过规定在任何情况下,一个线程获取一把钥匙之后,必须归还了钥匙之后才能请求另一把钥匙,就可以有效解决这个问题。
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其实还有一种简单常用稳定的方法五是???
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