Python 并發(fā)編程的 12 個(gè)實(shí)用技巧
今天我們要一起探索的是Python中的并發(fā)編程，這可是提升程序速度的魔法鑰匙哦！別擔(dān)心，即使你是新手，我也會(huì)讓你一步步成為并發(fā)小能手。
1. 遇見(jiàn)threading，多線程初體驗(yàn)
想象一下，你在咖啡館同時(shí)處理郵件、聊天和寫(xiě)代碼，這就是多線程的日常。在Python里，threading模塊是你的得力助手。
import threading
import time
def say_hello(name):
print(f"Hello, {name}!")
time.sleep(2) # 模擬耗時(shí)操作
# 創(chuàng)建線程
thread1 = threading.Thread(target=say_hello, args=("World",))
thread2 = threading.Thread(target=say_hello, args=("Python",))
# 啟動(dòng)線程
thread1.start()
thread2.start()
# 等待所有線程完成
thread1.join()
thread2.join()
print("All tasks done.")這段代碼創(chuàng)建了兩個(gè)線程，分別打印不同的問(wèn)候語(yǔ)，然后等待它們完成。記住join()，它是等待線程的守護(hù)者。
2. 并發(fā)陷阱：全局解釋器鎖GIL
哎呀，提到多線程，不得不提Python的“獨(dú)特”設(shè)計(jì)——GIL。它就像個(gè)小警察，讓CPU核心輪流執(zhí)行Python字節(jié)碼，這意味著多線程在CPU密集型任務(wù)中并不總是更快。別灰心，對(duì)于I/O密集型任務(wù)，多線程還是很香的！
3. multiprocessing：繞過(guò)GIL，火力全開(kāi)
如果想真正利用多核CPU，multiprocessing模塊是你的不二之選。它為每個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建獨(dú)立的Python解釋器，繞過(guò)GIL。
from multiprocessing import Process
def worker(num):
print(f'Worker: {num}')
time.sleep(2)
if __name__ == '__main__':
processes = []
for i in range(4):
p = Process(target=worker, args=(i,))
processes.append(p)
p.start()每個(gè)Process都是一個(gè)獨(dú)立的小世界，它們并行運(yùn)行，不受GIL限制。
4. 并行不是萬(wàn)能藥
并發(fā)或并行雖然快，但也會(huì)帶來(lái)復(fù)雜性，比如數(shù)據(jù)同步問(wèn)題。記得使用鎖(Lock)來(lái)避免資源沖突，就像在廚房里只有一個(gè)微波爐，大家輪流用。
from threading import Lock
lock = Lock()
def safe_print(number):
with lock:
print(f'Safe print: {number}')
safe_print(1)
safe_print(2)使用with語(yǔ)句自動(dòng)管理鎖，安全又方便。
5. 隊(duì)列的智慧：queue.Queue
想象一個(gè)工廠的流水線，隊(duì)列(Queue)就是那個(gè)協(xié)調(diào)者。在多線程/進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)，非它莫屬。
from queue import Queue
from threading import Thread
def producer(queue):
queue.put('Product')
def consumer(queue):
print(queue.get())
q = Queue()
producer_thread = Thread(target=producer, args=(q,))
consumer_thread = Thread(target=consumer, args=(q,))
producer_thread.start()
consumer_thread.start()
producer_thread.join()
consumer_thread.join()隊(duì)列保證了數(shù)據(jù)的安全傳遞，避免了混亂。
6. 美妙的異步：asyncio
等不及了？asyncio帶你進(jìn)入異步編程的世界，用async/await關(guān)鍵字，就像給你的代碼加了翅膀。
import asyncio
async def hello(i):
print(f'Hello {i}')
await asyncio.sleep(1) # 異步等待
async def main():
tasks = [hello(i) for i in range(3)]
await asyncio.gather(*tasks)
# Python 3.7+
asyncio.run(main())異步等待，讓程序在等待時(shí)去做其他事，效率杠杠的。
7. 異步編程的誤區(qū)：不是所有操作都能異步
雖然asyncio很強(qiáng)大，但并非所有函數(shù)都可以異步化，比如那些直接操作硬件的低級(jí)API。選擇合適的方法，別硬塞。
8. concurrent.futures：未來(lái)的便捷通道
想要簡(jiǎn)單地并發(fā)執(zhí)行任務(wù)，不論同步還是異步，concurrent.futures是你的良師益友。
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
def worker(n):
return n * n
with ThreadPoolExecutor() as executor:
results = executor.map(worker, range(5))
print(list(results)) # 輸出平方數(shù)用ThreadPoolExecutor輕松管理線程池，執(zhí)行任務(wù)就像點(diǎn)菜一樣簡(jiǎn)單。
9. 錯(cuò)誤處理的藝術(shù)：優(yōu)雅捕獲異常
并發(fā)中錯(cuò)誤處理很重要，使用try-except來(lái)保護(hù)你的代碼，確保一個(gè)任務(wù)的失敗不會(huì)影響到整個(gè)程序。
try:
# 可能會(huì)出錯(cuò)的并發(fā)代碼
except Exception as e:
print(f'Caught an exception: {e}')保持冷靜，優(yōu)雅處理，你的程序更健壯。
10. 資源管理：上下文管理器與with
with語(yǔ)句不僅僅是為了代碼簡(jiǎn)潔，它還能確保資源（如文件、鎖）的正確釋放，避免并發(fā)中的資源泄露。
with Lock():
# 在這里安全地操作共享資源自動(dòng)的開(kāi)始與結(jié)束，像一位細(xì)心的管家。
11. 性能監(jiān)控：看穿并發(fā)的幕后
使用timeit, cProfile等工具來(lái)監(jiān)控你的并發(fā)程序，了解哪些部分慢如蝸牛，哪些是速度惡魔，優(yōu)化從了解開(kāi)始。
12. 實(shí)戰(zhàn)演練：并發(fā)下載圖片
最后，讓我們實(shí)戰(zhàn)一把，用多線程下載圖片，感受并發(fā)的魅力。
import os
import requests
from threading import Thread
def download_image(url, filename):
response = requests.get(url)
with open(filename, 'wb') as f:
f.write(response.content)
print(f'{filename} downloaded.')
urls = ['img_url1', 'img_url1'] # 假設(shè)的URL
threads = []
for url in urls:
t = Thread(target=download_image, args=(url, os.path.basename(url)))
threads.append(t)
t.start()
for t in threads:
t.join()
print('All images downloaded.')通過(guò)并發(fā)下載，我們可以顯著加快下載速度！
到這里，我們已經(jīng)解鎖了Python并發(fā)編程的12個(gè)實(shí)用技巧，是不是感覺(jué)自己的編程技能又上了一個(gè)新臺(tái)階？實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，趕緊動(dòng)手試試，讓你的程序跑得飛起來(lái)吧！
