8. 进程如何同步

多个进程可以协同工作来完成一项任务。通常需要共享数据。所以在多进程之间保持数据的一致性就很重要了。需要共享数据协同的进程必须以适当的策略来读写数据。相关的同步原语和线程的库很类似。

进程的同步原语如下：

  • Lock: 这个对象可以有两种装填：锁住的（locked）和没锁住的（unlocked）。一个Lock对象有两个方法， acquire() 和 release() ，来控制共享数据的读写权限。
  • Event: 实现了进程间的简单通讯，一个进程发事件的信号，另一个进程等待事件的信号。 Event 对象有两个方法， set() 和 clear() ，来管理自己内部的变量。
  • Condition: 此对象用来同步部分工作流程，在并行的进程中，有两个基本的方法： wait() 用来等待进程， notify_all() 用来通知所有等待此条件的进程。
  • Semaphore: 用来共享资源，例如，支持固定数量的共享连接。
  • Rlock: 递归锁对象。其用途和方法同 Threading 模块一样。
  • Barrier: 将程序分成几个阶段，适用于有些进程必须在某些特定进程之后执行。处于障碍（Barrier）之后的代码不能同处于障碍之前的代码并行。

8.1. 如何做…

下面的代码展示了如何使用 barrier() 函数来同步两个进程。我们有4个进程，进程1和进程2由barrier语句管理，进程3和进程4没有同步策略。

import multiprocessing
from multiprocessing import Barrier, Lock, Process
from time import time
from datetime import datetime

def test_with_barrier(synchronizer, serializer):
    name = multiprocessing.current_process().name
    synchronizer.wait()
    now = time()
    with serializer:
        print("process %s ----> %s" % (name, datetime.fromtimestamp(now)))

def test_without_barrier():
    name = multiprocessing.current_process().name
    now = time()
    print("process %s ----> %s" % (name, datetime.fromtimestamp(now)))

if __name__ == '__main__':
    synchronizer = Barrier(2)
    serializer = Lock()
    Process(name='p1 - test_with_barrier', target=test_with_barrier, args=(synchronizer,serializer)).start()
    Process(name='p2 - test_with_barrier', target=test_with_barrier, args=(synchronizer,serializer)).start()
    Process(name='p3 - test_without_barrier', target=test_without_barrier).start()
    Process(name='p4 - test_without_barrier', target=test_without_barrier).start()

运行下面的代码，将看到进程1和进程2在同一时间打印：

$ python process_barrier.py
process p1 - test_with_barrier ----> 2015-05-09 11:11:33.291229
process p2 - test_with_barrier ----> 2015-05-09 11:11:33.291229
process p3 - test_without_barrier ----> 2015-05-09 11:11:33.310230
process p4 - test_without_barrier ----> 2015-05-09 11:11:33.333231

（译者注：译者在实际运行了10次，没有一次时间是相同的，感觉这个地方同一时间打印出来的影响因素很多。只能看到 with_barrier 的进程1和2比 without_barrier 的进程3和4时间差的小很多。）

8.2. 讨论

在主程序中，我们创建了四个进程，然后我们需要一个锁和一个barrier来进程同步。barrier声明的第二个参数代表要管理的进程总数：

if __name__ == '__main__':
    synchronizer = Barrier(2)
    serializer = Lock()
    Process(name='p1 - test_with_barrier', target=test_with_barrier, args=(synchronizer,serializer)).start()
    Process(name='p2 - test_with_barrier', target=test_with_barrier, args=(synchronizer,serializer)).start()
    Process(name='p3 - test_without_barrier', target=test_without_barrier).start()
    Process(name='p4 - test_without_barrier', target=test_without_barrier).start()

test_with_barrier 函数调用了barrier的 wait() 方法：

def test_with_barrier(synchronizer, serializer):
    name = multiprocessing.current_process().name
    synchronizer.wait()

当两个进程都调用 wait() 方法的时候，它们会一起继续执行：

now = time()
with serializer:
    print("process %s ----> %s" % (name, datetime.fromtimestamp(now)))

下面这幅图表示了barrier如何同步两个进程：

../_images/barrier.png