python多核处理器算力浪费

前言

我们都知道python因为其GIL锁导致每一个线程被绑定到一个核上，导致python无法通过线程实现真正的平行计算。从而导致大量的核算力的浪费。但是

concurrent.futures模块，可以利用multiprocessing实现真正的平行计算。

但是在提高python的计算性能前，首先要明白自己的程序目前是什么类型？ 对于不同类型的程序，如果安装下述方法进行改造，可能效率并不会提高。

IO密集型：读取文件，读取网络套接字频繁。

计算密集型：大量消耗CPU的数学与逻辑运算，也就是我们这里说的平行计算。

IO密集型

可以使用asyncio 来进行优化，jit的原理是编译为机器码执行，但是io中可能会存在异常字符，所以也不推荐使用，当然在存在多态主机的情况下，可以采用分布式编程来提高效率，或者过concurrent.futures模块来实现。

详情请看下一篇博文 python 性能的优化

计算密集型

当然我们可以使用jit,分布式编程，python 调用c编程来优化性能，但是要充分利用计算机的核数，可以通过concurrent.futures模块来实现,其在实现提高并行计算能力时时通过多进程实现。

该concurrent.futures模块提供了一个用于异步执行callables的高级接口。

可以使用线程，使用ThreadPoolExecutor或单独的进程 来执行异步执行 ProcessPoolExecutor。两者都实现相同的接口，由抽象Executor类定义。

concurrent.futures会以子进程的形式，平行的运行多个python解释器，从而令python程序可以利用多核CPU来提升执行速度。由于子进程与主解释器相分离，所以他们的全局解释器锁也是相互独立的。每个子进程都能够完整的使用一个CPU内核。

def gcd(pair):
    a, b = pair
    low = min(a, b)
    for i in range(low, 0, -1):
        if a % i == 0 and b % i == 0:
            return i
numbers = [
    (1963309, 2265973), (1879675, 2493670), (2030677, 3814172),
    (1551645, 2229620), (1988912, 4736670), (2198964, 7876293)
]
import time
start = time.time()
results = list(map(gcd, numbers))
end = time.time()
print 'Took %.3f seconds.' % (end - start)
Took 2.507 seconds.

import time
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, ProcessPoolExecutor, Executor
start = time.time()
pool = ProcessPoolExecutor(max_workers=2)
results = list(pool.map(gcd, numbers))
end = time.time()
print 'Took %.3f seconds.' % (end - start)
Took 1.861 seconds.

在两个CPU核心的机器上运行多进程程序，比其他两个版本都快。这是因为，ProcessPoolExecutor类会利用multiprocessing模块所提供的底层机制，完成下列操作：

1）把numbers列表中的每一项输入数据都传给map。

2）用pickle模块对数据进行序列化，将其变成二进制形式。

3）通过本地套接字，将序列化之后的数据从煮解释器所在的进程，发送到子解释器所在的进程。

4）在子进程中，用pickle对二进制数据进行反序列化，将其还原成python对象。

5）引入包含gcd函数的python模块。

6）各个子进程并行的对各自的输入数据进行计算。

7）对运行的结果进行序列化操作，将其转变成字节。

8）将这些字节通过socket复制到主进程之中。

9）主进程对这些字节执行反序列化操作，将其还原成python对象。

10）最后，把每个子进程所求出的计算结果合并到一份列表之中，并返回给调用者。

multiprocessing开销比较大，原因就在于：主进程和子进程之间通信，必须进行序列化和反序列化的操作。

submit（fn，* args，** kwargs ） 将可调用的fn调度为执行， 并返回表示可调用执行的对象。

fn(*args **kwargs)Future
with ThreadPoolExecutor(max_workers=1) as executor:
    future = executor.submit(pow, 323, 1235)
    print(future.result())
map（func，* iterables，timeout = None，chunksize = 1 ）

与以下类似：map(func, *iterables)

在iterables收集立即而不是懒洋洋地; func以异步方式执行，并且可以同时对func进行多次调用 。 返回的迭代器引发一个concurrent.futures.TimeoutError if next()被调用，并且在从原始调用到超时秒后结果不可用Executor.map()。 timeout可以是int或float。如果未指定 超时None，则等待时间没有限制。

如果func调用引发异常，则在从迭代器检索其值时将引发该异常。

使用时ProcessPoolExecutor，此方法将iterables切割 为多个块，并将其作为单独的任务提交给池。可以通过将chunksize设置为正整数来指定这些块的（近似）大小。对于很长的iterables，采用大值CHUNKSIZE可以显著改善性能相比的1.默认大小 ThreadPoolExecutor，CHUNKSIZE没有效果。

在3.5版中更改：添加了chunksize参数。

shutdown（wait = True ） 向执行者发出信号，表示当目前待处理的期货执行完毕时，它应该释放它正在使用的任何资源。关机后拨打电话Executor.submit()和拨打电话 Executor.map()将会提出RuntimeError。

如果等待是True那么这种方法将不会返回，直到所有悬而未决的期货执行完毕，并与执行相关的资源已被释放。如果等待，False那么此方法将立即返回，并且当执行所有未决期货时，将释放与执行程序关联的资源。无论wait的值如何，整个Python程序都不会退出，直到所有待处理的期货都执行完毕。

如果使用with语句，则可以避免必须显式调用此方法 ，该语句将关闭Executor （等待，就像Executor.shutdown()使用wait set 调用一样True）：

import shutil
with ThreadPoolExecutor(max_workers=4) as e:
    e.submit(shutil.copy, 'src1.txt', 'dest1.txt')
    e.submit(shutil.copy, 'src2.txt', 'dest2.txt')
    e.submit(shutil.copy, 'src3.txt', 'dest3.txt')
    e.submit(shutil.copy, 'src4.txt', 'dest4.txt')