并发

什么是并发？并发，在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

嗯，字认识，但是连在一起就有点够呛，哈哈，开个玩笑。

我们通过几个例子来较为深刻的理解一下：

第一个例子

我们用requests 成功请求一个网页，实际上requests做了三件事：

1. 根据链接、参数登组合成一个请求
2. 把这个请求发往要爬取的网站，等待网站响应
3. 网站响应后，把结果包装成一个响应对象方便我们使用

 从上面的图中我们可以看出，步骤2花费的时间是最长的，取决于被爬虫网站的性能，这个时间可能达到几十到几百毫秒。相比之下，步骤1、3可能只需要1毫秒左右的时间，比上面这张图的对比还要夸张。

针对这个程序：步骤2也可以代表程序是空闲的，因为在等待网站的响应，因此代码真正运行的时间很短。

第二个例子

我们连续用requests请求三个网页A、B、C，执行效果如下

 这个相当于把三个请求串行起来执行，他们之间是互相依赖的，A执行完B执行然后C执行，时间上肯定是叠加的。

第三个例子

第一个例子中，顺序必须是1-2-3，因为他们之间是强依赖，但是在第二个例子中，步骤为什么必须是A1-A2-A3-B1-B2-B3-C1-C2-C3呢？B1和A3之间是没有依赖关系的。这个时候我们的并发出现了，步骤如下：

 这张图是什么意思呢？其实就是：在「爬取网页 A」这个过程进行到步骤 2 的时候，程序空闲下来了，这时我们让「爬取网页 B」的步骤 1 开始执行；同样的，「爬取网页 B」的步骤 1 执行完，程序又空闲下来，于是我们安排「爬取网页 C」开始执行。

可以看到，仅仅是利用爬虫等待的时间，爬虫的效率就提升了数倍，当爬取的数据更大的时候，爬虫的效率是不是更加的显著。

并发和多线程

并发的结果看起来确实很好，但是前面例子三的步骤看起来很复杂，我们实际编写代码的时候难道要考虑计算机将事情 A 做得怎么样了，有没有空闲？如果空闲就去做事情 B？想想都头大。

这个时候多线程就派上用场了，这个可是操作系统赋予的最强能力之一。

操作系统提供了两个东西：进程和线程，利用他们两个我们可以轻易的实现并发，而不用去考虑上面头大的问题。

我们来看两个代码

import time
import requests# 假设我们要爬取 30 个网页
urls = ["https://wpblog.x0y1.com/?p=34"] * 30
session = requests.Session()start = time.time()results = []
for url in urls:r = session.get(url)results.append(r.text)end = time.time()
print("花费", end-start, "秒")

然后我们把这个代码用多线程形式改写一下

import time
import requests
from concurrent import futures# 假设我们要爬取 30 个网页
urls = ["https://wpblog.x0y1.com/?p=34"] * 30
executor = futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=5)
session = requests.Session()start = time.time()fs = []
for url in urls:f = executor.submit(session.get, url)fs.append(f)futures.wait(fs)
result = [f.result().text for f in fs]
end = time.time()
print("花费", end-start, "秒")

大家可以在自己电脑上运行下，下面的运行时间比上面的运行时间缩短好几倍。

代码详解

针对上面改写的代码，我们做个详细的分析解读：

初始化一个线程池

# 导入 concurrent.futures 这个包
from concurrent import futures# 初始化一个线程池，最大的同时任务数是 5
executor = futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=5)

concurrent是python自带的库，这库具有线程池和进程池、管理并行编程任务、处理非确定性的执行流程、进程、线程同步等功能。

线程 池限制了最多同时运行的线程数。比如说我们初始化一个最大任务数为5的线程池，这样使我们提交了100个任务到这个池子里，同时运行的也只有5个，因此代码中max_workers=5的作用就是这个。

提交任务到线程池

fs = []
for url in urls:# 提交任务到线程池f = executor.submit(session.get, url)fs.append(f)

executor是我们刚刚初始化的线程池，调用了executor的submit()方法往里面提交任务。第一个参数session.get是提交要运行的函数，第二个url是提交的函数运行时的参数。

executor.submit()方法会返回一个返回值，其是一个future对象，我们把他赋值给变量f。

future对象是什么

future 这个单词的原意是 未来。在并发编程的领域，future 对象这个东西通常保存着函数调用完成时的结果。

我们结合实例再试着理解一遍。

比如在上面我们告诉线程池，要调用 session.get 方法，参数为 url。如果线程池还没满，程序就启动一个线程开始执行它；如果线程池满了，就等待有任务完成被挪出线程池，再把这个任务放到那个线程上运行。

但是我们不知道 session.get(url) 在多久之后被完成，那我们要的结果保存在什么地方呢？答案就是 future 对象。如果某一个任务已经完成，那么通过这个任务被提交时返回给我们的 future 对象，就可以拿到这个任务的结果。

等待代码全部完成

# 等待这些任务全部完成
futures.wait(fs)

fs 是保存了上面所有任务的 future 对象的列表，futures.wait() 方法可以等待直到 fs 里面所有的 future 对象都有结果为止。

获取所有任务的结果

# 获取任务的结果
result = [f.result().text for f in fs]

fs是保存了上面所有任务的future对象的列表，我们遍历所有任务的future对象，调用future对象的result()方法，就能得到任务的结果。