使用concurrent.futures模块启动进程

concurrent.futures 模块的文档
（https://docs.python.org/3/library/concurrent.futures.html）副标题
是“Launching parallel tasks”（执行并行任务）。这个模块实现的是真正
的并行计算，因为它使用 ProcessPoolExecutor 类把工作分配给多个
Python 进程处理。因此，如果需要做 CPU 密集型处理，使用这个模块
能绕开 GIL，利用所有可用的 CPU 核心。

ProcessPoolExecutor 和 ThreadPoolExecutor 类都实现了通用的
Executor 接口，因此使用 concurrent.futures 模块能特别轻松地把
基于线程的方案转成基于进程的方案。

下载国旗的示例或其他 I/O 密集型作业使用 ProcessPoolExecutor 类
得不到任何好处。这一点易于验证，只需把示例 17-3 中下面这几行：

def download_many(cc_list):workers = min(MAX_WORKERS, len(cc_list))with futures.ThreadPoolExecutor(workers) as executor:

改成：

def download_many(cc_list):with futures.ProcessPoolExecutor() as executor:

对简单的用途来说，这两个实现 Executor 接口的类唯一值得注意的区
别是，ThreadPoolExecutor.__init__ 方法需要 max_workers 参
数，指定线程池中线程的数量。在 ProcessPoolExecutor 类中，那个
参数是可选的，而且大多数情况下不使用——默认值是
os.cpu_count() 函数返回的 CPU 数量。这样处理说得通，因为对
CPU 密集型的处理来说，不可能要求使用超过 CPU 数量的职程。而对
I/O 密集型处理来说，可以在一个 ThreadPoolExecutor 实例中使用 10个、100 个或 1000 个线程；最佳线程数取决于做的是什么事，以及可
用内存有多少，因此要仔细测试才能找到最佳的线程数。

经过几次测试，我发现使用 ProcessPoolExecutor 实例下载 20 面国
旗的时间增加到了 1.8 秒，而原来使用 ThreadPoolExecutor 的版本是
1.4 秒。主要原因可能是，我的电脑用的是四核 CPU，因此限制只能有
4 个并发下载，而使用线程池的版本有 20 个工作的线程。

ProcessPoolExecutor 的价值体现在 CPU 密集型作业上。我用两个
CPU 密集型脚本做了一些性能测试。

arcfour_futures.py
这个脚本（代码清单参见示例 A-7）纯粹使用 Python 实现 RC4 算
法。我加密并解密了 12 个字节数组，大小从 149KB 到 384KB 不等。

sha_futures.py
这个脚本（代码清单参见示例 A-9）使用标准库中的 hashlib 模块
（使用 OpenSSL 库实现）实现 SHA-256 算法。我计算了 12 个 1MB 字
节数组的 SHA-256 散列值。

这两个脚本除了显示汇总结果之外，没有使用 I/O。构建和处理数据的
过程都在内存中完成，因此 I/O 对执行时间没有影响。

我运行了 64 次 RC4 示例，48 次 SHA 示例，平均时间如表 17-1 所示。
统计的时间中包含派生工作进程的时间。

表17-1：在配有Intel Core i7 2.7 GHz四核CPU的设备中，使用Python
3.4运行RC4和SHA示例，分别使用1~4个职程得到的时间和提速倍数可以看出，对加密算法来说，使用 ProcessPoolExecutor 类派生 4 个
工作的进程后（如果有 4 个 CPU 核心的话），性能可以提高两倍。

对那个纯粹使用 Python 实现的 RC4 示例来说，如果使用 PyPy 和 4 个职
程，与使用 CPython 和 4 个职程相比，速度能提高 3.8 倍。以表 17-1 中
使用 CPython 和一个职程的运行时间为基准，速度提升了 7.8 倍。

如果使用 Python 处理 CPU 密集型工作，应该试试
PyPy（http://pypy.org）。使用 PyPy 运行 arcfour_futures.py 脚本，速
度快了 3.8~5.1 倍；具体的倍数由职程的数量决定。我测试时使用
的是 PyPy 2.4.0，这一版与 Python 3.2.5 兼容，因此标准库中有
concurrent.futures 模块。

下面通过一个演示程序来研究线程池的行为。这个程序会创建一个包含
3 个职程的线程池，运行 5 个可调用的对象，输出带有时间戳的消息。