TCP协议下的服务端并发，GIL全局解释器锁，死锁，信号量，event事件，线程q

TCP协议下的服务端并发，GIL全局解释器锁，死锁，信号量，event事件，线程q

一、TCP协议下的服务端并发

'''
将不同的功能尽量拆分成不同的函数，拆分出来的功能可以被多个地方使用
TCP服务端实现并发
	1、将连接循环和通信循环拆分成不同的函数
	2、将通信循环做成多线程
'''

# 服务端
import socket
from threading import Thread

'''
服务端
    要有固定的IP和PORT
    24小时不间断提供服务
    能够支持并发
'''
server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)

def talk(conn):
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            if len(data) == 0: break
            print(data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        except ConnectionResetError as e:
            print(e)
            break
    conn.close()

while True:
    conn, addr = server.accept()
    print(addr)
    t = Thread(target=talk, args=(conn,))
    t.start()

# 客户端
import socket

client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 8080))

while True:
    client.send(b'hello')
    data = client.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

二、GIL全局解释器锁与python多线程

'''
在CPython中才有GIL的概念，不是python的特点
GIL也是一把互斥锁
	将并发变成串行，牺牲了效率但是提高了数据的安全
	ps：
		1、针对不同的数据，应该使用不同的锁去处理
		2、自己不要轻易的处理锁的问题，哪怕你知道acquire和release
		当业务逻辑稍微复杂的一点情况下，极容易造成死锁
CPython中的GIL的存在是因为python的内存管理不是线程安全
GIL类似于是加在解释器上面的一把锁
'''

'''
内存管理
	引用计数：值与变量的绑定关系的个数
	标记清除：当内存快要满的时候，会自动停止程序的运行，检测所有的变量与值的绑定关系
			给没有绑定关系的值打个标记，最后一次性清除
	分代回收：垃圾回收机制也是需要消耗资源的，而正常一个程序的运行内部会使用很多变量与值，
			并且有一部分类似于常量，减少垃圾回收消耗的时间，应该对变量与值的绑定关系做一个分类
			新生代》》》青春代》》》老年代
			垃圾回收机制扫描一定次数发现关系还在，会将该关系移至下一代
			随着代数的递增，扫描频率是降低的
'''

'''
In CPython, the global interpreter lock, or GIL, is a mutex that prevents multiple
native threads from executing Python bytecodes at once. This lock is necessary mainly
because CPython’s memory management is not thread-safe.
'''
'''
ps:python解释器有很多种  最常见的就是Cpython解释器
GIL本质也是一把互斥锁:将并发变成串行牺牲效率保证数据的安全
用来阻止同一个进程下的多个线程的同时执行(同一个进程内多个线程无法实现并行但是可以实现并发)
    python的多线程没法利用多核优势  是不是就是没有用了?

GIL的存在是因为CPython解释器的内存管理不是线程安全的

垃圾回收机制
    1.引用计数
    2.标记清除
    3.分代回收

研究python的多线程是否有用需要分情况讨论
四个任务 计算密集型的  10s
单核情况下
    开线程更省资源
多核情况下
    开进程 10s
    开线程 40s

四个任务 IO密集型的
单核情况下
    开线程更节省资源
多核情况下
    开线程更节省资源
'''
# 计算密集型
from multiprocessing import Process
from threading import Thread
import os
import time

def work():
    res = 0
    for i in range(100000000):
        res *= i

if __name__ == '__main__':
    l = []
    print(os.cpu_count())
    start = time.time()
    for i in range(6):
        p = Process(target=work)  # 耗时10.415400505065918
        # p = Thread(target=work)  # 耗时35.51156568527222
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()
    stop = time.time()
    print(f'running time is {stop - start}')

# IO密集型
from multiprocessing import Process
from threading import Thread
import time

def work():
    time.sleep(2)

if __name__ == '__main__':
    l = []
    start = time.time()
    for i in range(400):
        p = Process(target=work)  # 耗时10.607022523880005
        # p = Thread(target=work)  # 耗时2.046351194381714
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()
    stop = time.time()
    print(f'running time is {stop - start}')
'''
python的多线程到底有没有用
需要看情况而定  并且肯定是有用的

以后的用法就是多线程和多进程配合使用
'''

三、GIL和普通的互斥锁

from threading import Thread
import time

n = 100

def task():
    global n
    tmp = n
    time.sleep(1)
    n = tmp - 1

t_list = []
for i in range(100):
    t = Thread(target=task)
    t.start()
    t_list.append(t)
for t in t_list:
    t.join()
print(n)

四、死锁和递归锁

# 死锁现象
from threading import Thread,Lock
import time

mutexA = Lock()
mutexB = Lock()

class MyThread(Thread):
    def run(self):
        self.func1()
        self.func2()

    def func1(self):
        mutexA.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了A锁')
        mutexB.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了B锁')
        mutexB.release()
        print(f'{self.name}释放了B锁')
        mutexA.release()
        print(f'{self.name}释放了A锁')

    def func2(self):
        mutexB.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了B锁')
        time.sleep(1)
        mutexA.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了A锁')
        mutexA.release()
        print(f'{self.name}释放了A锁')
        mutexB.release()
        print(f'{self.name}释放了B锁')

for i in range(10):
    t = MyThread()
    t.start()
'''
程序运行几步后，就出现了卡住的现象，同时有两个线程要抢对方手里的锁

Thread-1抢到了A锁
Thread-1抢到了B锁
Thread-1释放了B锁
Thread-1释放了A锁
Thread-1抢到了B锁
Thread-2抢到了A锁
'''

# 递归锁解决死锁问题
'''
递归锁：可以被第一个抢到该锁的人多次的acquire和release，内部有一个计数
		acquire加一
		release减一
		当别人在抢这把锁的时候，只要计数不为零，永远也别想抢到
'''
from threading import Thread, RLock
import time

mutexA = mutexB = RLock()

class MyThread(Thread):
    def run(self):
        self.func1()
        self.func2()

    def func1(self):
        mutexA.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了A锁')
        mutexB.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了B锁')
        mutexB.release()
        print(f'{self.name}释放了B锁')
        mutexA.release()
        print(f'{self.name}释放了A锁')

    def func2(self):
        mutexB.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了B锁')
        time.sleep(1)
        mutexA.acquire()
        print(f'{self.name}抢到了A锁')
        mutexA.release()
        print(f'{self.name}释放了A锁')
        mutexB.release()
        print(f'{self.name}释放了B锁')

for i in range(10):
    t = MyThread()
    t.start()
'''
程序正常运行结束，死锁问题得到解决
'''

五、信号量

# 信号量在不同的领域，对应不同的含义
'''
互斥锁：一个厕所（一个坑位）
信号量：公共厕所（多个坑位）
'''
from threading import Thread, Semaphore
import time
import random

sm = Semaphore(5)  # 造了一个含有五个坑位的公共厕所

def task(name):
    sm.acquire()
    print(f'{name}占了一个坑位')
    time.sleep(random.randint(1, 3))
    sm.release()

for i in range(40):
    t = Thread(target=task, args=(i,))
    t.start()

'''
同时只能有五个线程操作被锁住的内容
'''

六、event事件

from threading import Event, Thread
import time

e = Event()

def light():
    print('红灯正亮着')
    time.sleep(3)
    e.set()  # 等信号
    print('绿灯亮了')

def car(name):
    print(f'{name}正在等红灯')
    e.wait()  # 发信号
    print(f'{name}加油门飙车了')

t = Thread(target=light)
t.start()

for i in range(10):
    t = Thread(target=car, args=(f'伞兵{i}号',))
    t.start()
'''
所有的线程都在等信号

红灯正亮着
伞兵0号正在等红灯
伞兵1号正在等红灯
伞兵2号正在等红灯
伞兵3号正在等红灯
伞兵4号正在等红灯
伞兵5号正在等红灯
伞兵6号正在等红灯
伞兵7号正在等红灯
伞兵8号正在等红灯
伞兵9号正在等红灯
绿灯亮了
伞兵7号加油门飙车了
伞兵6号加油门飙车了
伞兵9号加油门飙车了
伞兵4号加油门飙车了
伞兵1号加油门飙车了
伞兵3号加油门飙车了
伞兵8号加油门飙车了
伞兵5号加油门飙车了
伞兵0号加油门飙车了
伞兵2号加油门飙车了
'''

七、线程q

'''
同一个进程下的多个线程本来就是数据共享的，为什么还要用队列呢？
因为队列是管道+锁，使用队列你就不需要自己手动操作锁的问题，避免了死锁现象
'''
import queue

# 普通的队列
q1 = queue.Queue()
q1.put('hahah')
print(q1.get())

# 先进后出的队列
q2 = queue.LifoQueue()
q2.put(1)
q2.put(2)
q2.put(3)
print(q2.get())

# 优先级队列
q3 = queue.PriorityQueue()
# 数字越小，优先级越高
q3.put((10, 'haha'))
q3.put((0, 'xixi'))
q3.put((100, 'hehe'))
print(q3.get())