IO 密集型應(yīng)用

IO 密集型應(yīng)用CPU等待IO時(shí)間遠(yuǎn)大于CPU 自身運(yùn)行時(shí)間，太浪費(fèi)；常見的 IO 密集型業(yè)務(wù)包括：瀏覽器交互、磁盤請(qǐng)求、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求等

image.png

Python 世界對(duì)于 IO 密集型場(chǎng)景的并發(fā)提升有 3 種方法：多進(jìn)程、多線程、異步 IO(asyncio);理論上講asyncio是性能最高的，原因如下：

1.進(jìn)程、線程會(huì)有CPU上下文切換

2.進(jìn)程、線程需要內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的交互，性能開銷大；而協(xié)程對(duì)內(nèi)核透明的,只在用戶態(tài)運(yùn)行

3.進(jìn)程、線程并不可以無限創(chuàng)建，最佳實(shí)踐一般是 CPU*2；而協(xié)程并發(fā)能力強(qiáng)，并發(fā)上限理論上取決于操作系統(tǒng)IO多路復(fù)用(Linux下是 epoll)可注冊(cè)的文件描述符的極限

那asyncio的實(shí)際表現(xiàn)是否如理論上那么強(qiáng)，到底強(qiáng)多少呢？我構(gòu)建了如下測(cè)試場(chǎng)景：

訪問500臺(tái) DB，并sleep 100ms模擬業(yè)務(wù)查詢

方法 1；順序串行一臺(tái)臺(tái)執(zhí)行

方法 2：多進(jìn)程

方法 3：多線程

方法 4：asyncio

方法 5：asyncio+uvloop

最后的asyncio+uvloop和官方asyncio 最大不同是用 Cython+libuv 重新實(shí)現(xiàn)了asyncio 的事件循環(huán)(event loop)部分,官方測(cè)試性能是 node.js的 2 倍，持平 golang。

以下測(cè)試代碼需要 Pyhton3.7+：

順序串行一臺(tái)臺(tái)執(zhí)行

#!/usr/bin/env python3

# -*- coding: utf-8 -*-

import records

user=xx

pass=xx

port=xx

hosts= [....] # 500臺(tái) db列表

def query(host):

conn = records.Database(

f'mysql+pymysql://{user}:{pass}@{host}:{port}/mysql?charset=utf8mb4')

rows = conn.query('select sleep(0.1);')

print(rows[0])

def main():

for h in hosts:

query(h)

# main entrance

if __name__ == '__main__':

main()

多進(jìn)程

#!/usr/bin/env python3

# -*- coding: utf-8 -*-

from concurrent import futures

import records

user=xx

pass=xx

port=xx

hosts= [....] # 500臺(tái) db列表

def query(host):

conn = records.Database(

f'mysql+pymysql://{user}:{pass}@{host}:{port}/mysql?charset=utf8mb4')

rows = conn.query('select sleep(0.1);')

print(rows[0])

def main():

with futures.ProcessPoolExecutor() as executor:

for future in executor.map(query,hosts):

pass

# main entrance

if __name__ == '__main__':

main()

多線程

#!/usr/bin/env python3

# -*- coding: utf-8 -*-

from concurrent import futures

import records

user=xx

pass=xx

port=xx

hosts= [....] # 500臺(tái) db列表

def query(host):

conn = records.Database(

f'mysql+pymysql://{user}:{pass}@{host}:{port}/mysql?charset=utf8mb4')

rows = conn.query('select sleep(0.1);')

print(rows[0])

def main():

with futures.ThreadPoolExecutor() as executor:

for future in executor.map(query,hosts):

pass

# main entrance

if __name__ == '__main__':

main()

asyncio

#!/usr/bin/env python3

# -*- coding: utf-8 -*-

import asyncio

from databases import Database

user=xx

pass=xx

port=xx

hosts= [....] # 500臺(tái) db列表

async def query(host):

DATABASE_URL = f'mysql+pymysql://{user}:{pass}@{host}:{port}/mysql?charset=utf8mb4'

async with Database(DATABASE_URL) as database:

query = 'select sleep(0.1);'

rows = await database.fetch_all(query=query)

print(rows[0])

async def main():

tasks = [asyncio.create_task(query(host)) for host in hosts]

await asyncio.gather(*tasks)

# main entrance

if __name__ == '__main__':

asyncio.run(main())

asyncio+uvloop

#!/usr/bin/env python3

# -*- coding: utf-8 -*-

import asyncio

import uvloop

from databases import Database

user=xx

pass=xx

port=xx

hosts= [....] # 500臺(tái) db列表

async def query(host):

DATABASE_URL = f'mysql+pymysql://{user}:{pass}@{host}:{port}/mysql?charset=utf8mb4'

async with Database(DATABASE_URL) as database:

query = 'select sleep(0.1);'

rows = await database.fetch_all(query=query)

print(rows[0])

async def main():

tasks = [asyncio.create_task(query(host)) for host in hosts]

await asyncio.gather(*tasks)

# main entrance

if __name__ == '__main__':

uvloop.install()

asyncio.run(main())

運(yùn)行時(shí)間對(duì)比

方式

運(yùn)行時(shí)間

串行

1m7.745s

多進(jìn)程

2.932s

多線程

4.813s

asyncio

1.068s

asyncio+uvloop

0.750s

可以看出: 無論多進(jìn)程、多進(jìn)程還是asyncio都能大幅提升IO 密集型場(chǎng)景下的并發(fā)，但asyncio+uvloop性能最高，運(yùn)行時(shí)間只有原始串行運(yùn)行時(shí)間的 1/90，相差快 2 個(gè)數(shù)量級(jí)了！

內(nèi)存占用對(duì)比

串行

image.png

多進(jìn)程

image.png

多線程

image.png

asyncio

image.png

asyncio+uvloop

image.png

可以看出asyncio+uvloop內(nèi)存占用表現(xiàn)仍然最優(yōu),只有 60M;而多進(jìn)程占用多達(dá) 1.4G,果然創(chuàng)建進(jìn)程是個(gè)十分重的操作~

總結(jié)

asyncio 無論運(yùn)行時(shí)間還是內(nèi)存占用都遠(yuǎn)優(yōu)于多進(jìn)程、多線程，配合 uvloop 性能還能進(jìn)一步提升，在 IO 密集型業(yè)務(wù)中可以優(yōu)先使用 asyncio。

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python异步和多线程_Python 异步 IO(asyncio)、多进程、多线程性能对比的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。