如何并行运行函数？

Question

我首先进行了研究，但找不到我的问题的答案。我正在尝试在 Python 中并行运行多个函数。

我有这样的事情：

files.py

import common #common is a util class that handles all the IO stuff

dir1 = 'C:\folder1'
dir2 = 'C:\folder2'
filename = 'test.txt'
addFiles = [25, 5, 15, 35, 45, 25, 5, 15, 35, 45]

def func1():
   c = common.Common()
   for i in range(len(addFiles)):
       c.createFiles(addFiles[i], filename, dir1)
       c.getFiles(dir1)
       time.sleep(10)
       c.removeFiles(addFiles[i], dir1)
       c.getFiles(dir1)

def func2():
   c = common.Common()
   for i in range(len(addFiles)):
       c.createFiles(addFiles[i], filename, dir2)
       c.getFiles(dir2)
       time.sleep(10)
       c.removeFiles(addFiles[i], dir2)
       c.getFiles(dir2)

我想调用 func1 和 func2 并让它们同时运行。这些函数不会相互交互或在同一对象上交互。现在我必须等待 func1 在 func2 开始之前完成。如何执行以下操作：

process.py

from files import func1, func2

runBothFunc(func1(), func2())

我希望能够几乎同时创建两个目录，因为我每分钟都在计算正在创建的文件数量。如果目录不存在，它会影响我的时间。

Answer 1

您可以使用threading 或multiprocessing。

由于peculiarities of CPython，threading 不太可能实现真正的并行性。因此，multiprocessing 通常是更好的选择。

这是一个完整的例子：

from multiprocessing import Process

def func1():
  print 'func1: starting'
  for i in xrange(10000000): pass
  print 'func1: finishing'

def func2():
  print 'func2: starting'
  for i in xrange(10000000): pass
  print 'func2: finishing'

if __name__ == '__main__':
  p1 = Process(target=func1)
  p1.start()
  p2 = Process(target=func2)
  p2.start()
  p1.join()
  p2.join()

启动/加入子进程的机制可以很容易地按照runBothFunc 的方式封装到一个函数中：

def runInParallel(*fns):
  proc = []
  for fn in fns:
    p = Process(target=fn)
    p.start()
    proc.append(p)
  for p in proc:
    p.join()

runInParallel(func1, func2)

Answer 2

如果您的函数主要执行 I/O 工作（以及较少的 CPU 工作）并且您拥有 Python 3.2+，则可以使用 ThreadPoolExecutor：

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

def run_io_tasks_in_parallel(tasks):
    with ThreadPoolExecutor() as executor:
        running_tasks = [executor.submit(task) for task in tasks]
        for running_task in running_tasks:
            running_task.result()

run_io_tasks_in_parallel([
    lambda: print('IO task 1 running!'),
    lambda: print('IO task 2 running!'),
])

如果您的函数主要执行 CPU 工作（以及较少的 I/O 工作）并且您拥有 Python 2.6+，则可以使用 multiprocessing 模块：

from multiprocessing import Process

def run_cpu_tasks_in_parallel(tasks):
    running_tasks = [Process(target=task) for task in tasks]
    for running_task in running_tasks:
        running_task.start()
    for running_task in running_tasks:
        running_task.join()

run_cpu_tasks_in_parallel([
    lambda: print('CPU task 1 running!'),
    lambda: print('CPU task 2 running!'),
])

Answer 3

这可以通过Ray 优雅地完成，该系统可让您轻松并行化和分发 Python 代码。

要并行化您的示例，您需要使用 @ray.remote 装饰器定义您的函数，然后使用 .remote 调用它们。

import ray

ray.init()

dir1 = 'C:\\folder1'
dir2 = 'C:\\folder2'
filename = 'test.txt'
addFiles = [25, 5, 15, 35, 45, 25, 5, 15, 35, 45]

# Define the functions. 
# You need to pass every global variable used by the function as an argument.
# This is needed because each remote function runs in a different process,
# and thus it does not have access to the global variables defined in 
# the current process.
@ray.remote
def func1(filename, addFiles, dir):
    # func1() code here...

@ray.remote
def func2(filename, addFiles, dir):
    # func2() code here...

# Start two tasks in the background and wait for them to finish.
ray.get([func1.remote(filename, addFiles, dir1), func2.remote(filename, addFiles, dir2)]) 

如果您将相同的参数传递给两个函数并且参数很大，则更有效的方法是使用ray.put()。这避免了大参数被序列化两次并创建它的两个内存副本：

largeData_id = ray.put(largeData)

ray.get([func1(largeData_id), func2(largeData_id)])

重要 - 如果func1()和func2()返回结果，则需要重写代码如下：

ret_id1 = func1.remote(filename, addFiles, dir1)
ret_id2 = func2.remote(filename, addFiles, dir2)
ret1, ret2 = ray.get([ret_id1, ret_id2])

与multiprocessing 模块相比，使用Ray 有许多优点。特别是，相同的代码可以在单台机器上运行，也可以在一组机器上运行。有关 Ray 的更多优势，请参阅this related post。

Answer 4

似乎您有一个函数需要调用两个不同的参数。这可以使用concurrent.futures 和map 与 Python 3.2+ 的组合来优雅地完成

import time
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, ProcessPoolExecutor

def sleep_secs(seconds):
  time.sleep(seconds)
  print(f'{seconds} has been processed')

secs_list = [2,4, 6, 8, 10, 12]

现在，如果您的操作是 IO 绑定的，那么您可以像这样使用ThreadPoolExecutor：

with ThreadPoolExecutor() as executor:
  results = executor.map(sleep_secs, secs_list)

注意这里如何使用map 将map 你的函数添加到参数列表中。

现在，如果您的函数受 CPU 限制，那么您可以使用 ProcessPoolExecutor

with ProcessPoolExecutor() as executor:
  results = executor.map(sleep_secs, secs_list)

如果您不确定，您可以简单地尝试两种方法，看看哪一种效果更好。

最后，如果您想打印结果，您可以这样做：

with ThreadPoolExecutor() as executor:
  results = executor.map(sleep_secs, secs_list)
  for result in results:
    print(result)

Answer 5

2021年最简单的方法就是使用asyncio：

import asyncio, time

async def say_after(delay, what):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(what)

async def main():

    task1 = asyncio.create_task(
        say_after(4, 'hello'))

    task2 = asyncio.create_task(
        say_after(3, 'world'))

    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    # Wait until both tasks are completed (should take
    # around 2 seconds.)
    await task1
    await task2

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")


asyncio.run(main())

参考资料：

[1]https://docs.python.org/3/library/asyncio-task.html

Answer 6

如果您是 windows 用户并使用 python 3，那么这篇文章将帮助您在 python 中进行并行编程。当您运行通常的多处理库的池编程时，您会收到有关程序中 main 函数的错误。这是因为 windows 没有 fork() 功能。下面的帖子给出了上述问题的解决方案。

http://python.6.x6.nabble.com/Multiprocessing-Pool-woes-td5047050.html

由于我用的是python 3，所以我把程序改了一点：

from types import FunctionType
import marshal

def _applicable(*args, **kwargs):
  name = kwargs['__pw_name']
  code = marshal.loads(kwargs['__pw_code'])
  gbls = globals() #gbls = marshal.loads(kwargs['__pw_gbls'])
  defs = marshal.loads(kwargs['__pw_defs'])
  clsr = marshal.loads(kwargs['__pw_clsr'])
  fdct = marshal.loads(kwargs['__pw_fdct'])
  func = FunctionType(code, gbls, name, defs, clsr)
  func.fdct = fdct
  del kwargs['__pw_name']
  del kwargs['__pw_code']
  del kwargs['__pw_defs']
  del kwargs['__pw_clsr']
  del kwargs['__pw_fdct']
  return func(*args, **kwargs)

def make_applicable(f, *args, **kwargs):
  if not isinstance(f, FunctionType): raise ValueError('argument must be a function')
  kwargs['__pw_name'] = f.__name__  # edited
  kwargs['__pw_code'] = marshal.dumps(f.__code__)   # edited
  kwargs['__pw_defs'] = marshal.dumps(f.__defaults__)  # edited
  kwargs['__pw_clsr'] = marshal.dumps(f.__closure__)  # edited
  kwargs['__pw_fdct'] = marshal.dumps(f.__dict__)   # edited
  return _applicable, args, kwargs

def _mappable(x):
  x,name,code,defs,clsr,fdct = x
  code = marshal.loads(code)
  gbls = globals() #gbls = marshal.loads(gbls)
  defs = marshal.loads(defs)
  clsr = marshal.loads(clsr)
  fdct = marshal.loads(fdct)
  func = FunctionType(code, gbls, name, defs, clsr)
  func.fdct = fdct
  return func(x)

def make_mappable(f, iterable):
  if not isinstance(f, FunctionType): raise ValueError('argument must be a function')
  name = f.__name__    # edited
  code = marshal.dumps(f.__code__)   # edited
  defs = marshal.dumps(f.__defaults__)  # edited
  clsr = marshal.dumps(f.__closure__)  # edited
  fdct = marshal.dumps(f.__dict__)  # edited
  return _mappable, ((i,name,code,defs,clsr,fdct) for i in iterable)

这个函数之后，上面的问题代码也稍微改成这样：

from multiprocessing import Pool
from poolable import make_applicable, make_mappable

def cube(x):
  return x**3

if __name__ == "__main__":
  pool    = Pool(processes=2)
  results = [pool.apply_async(*make_applicable(cube,x)) for x in range(1,7)]
  print([result.get(timeout=10) for result in results])

我得到的输出是：

[1, 8, 27, 64, 125, 216]

我认为这篇文章可能对某些 Windows 用户有用。

Answer 7

无法保证两个函数会彼此同步执行，这似乎是您想要做的。

您能做的最好的事情是将函数分成几个步骤，然后使用Process.join 等待两者在关键同步点完成，就像@aix 的回答中提到的那样。

这比time.sleep(10) 好，因为你不能保证准确的时间。通过显式等待，您是说函数必须在执行该步骤之前完成，然后再进行下一步，而不是假设它将在 10 毫秒内完成，这不能保证基于机器上发生的其他事情。