20

我正在尝试使用 Python 进行多处理器编程。以分而治之的算法Fibonacci为例。程序的执行流程会像树一样分支出来并并行执行。换句话说,我们有一个嵌套并行的例子。

在 Java 中,我使用线程池模式来管理资源,因为程序可能会非常快速地分支并创建太多短期线程。单个静态(共享)线程池可以通过 ExecutorService.

我希望Pool也是如此,但似乎Pool 对象不是全局共享的。例如,共享池使用multiprocessing.Manager.Namespace()将导致错误。

池对象不能在进程之间传递或腌制

我有一个两部分的问题:

  1. 我在这里想念什么;为什么不应该在进程之间共享池?
  2. 在 Python 中实现嵌套并行的模式是什么? 如果可能的话,维护一个递归结构,而不是用它来换取迭代。

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

def fibonacci(n):
    if n < 2:
        return n
    a = pool.submit(fibonacci, n - 1)
    b = pool.submit(fibonacci, n - 2)
    return a.result() + b.result()

def main():
    global pool

    N = int(10)
    with ThreadPoolExecutor(2**N) as pool:
        print(fibonacci(N))

main()

爪哇

public class FibTask implements Callable<Integer> {

    public static ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
    int arg;

    public FibTask(int n) {
        this.arg= n;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        if (this.arg > 2) { 
            Future<Integer> left = pool.submit(new FibTask(arg - 1));
            Future<Integer> right = pool.submit(new FibTask(arg - 2));
            return left.get() + right.get();
        } else {
            return 1;
        }

    } 

  public static void main(String[] args) throws Exception {
      Integer n = 14;
      Callable<Integer> task = new FibTask(n);
      Future<Integer> result =FibTask.pool.submit(task); 
      System.out.println(Integer.toString(result.get()));
      FibTask.pool.shutdown();            
  }    

}

我不确定这是否重要,但我忽略了“进程”和“线程”之间的区别;对我来说,它们都意味着“虚拟化处理器”。我的理解是,池的目的是共享“池”或资源。正在运行的任务可以向池发出请求。当并行任务在其他线程上完成时,可以回收这些线程并将其分配给新任务。禁止共享池对我来说没有意义,因此每个线程都必须实例化自己的新池,因为这似乎违背了线程池的目的。

4

2 回答 2

5

1)我在这里错过了什么;为什么不应该在进程之间共享池?

并非所有对象/实例都是可拾取/可序列化的,在这种情况下,池使用不可拾取的 threading.lock:

>>> import threading, pickle
>>> pickle.dumps(threading.Lock())
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
[...]
  File "/Users/rafael/dev/venvs/general/bin/../lib/python2.7/copy_reg.py", line 70, in _reduce_ex
    raise TypeError, "can't pickle %s objects" % base.__name__
TypeError: can't pickle lock objects

或更好:

>>> import threading, pickle
>>> from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
>>> pickle.dumps(ThreadPoolExecutor(1))
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/usr/local/Cellar/python/2.7.3/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/pickle.py", line 1374, in dumps
    Pickler(file, protocol).dump(obj)
  File 
[...]
"/usr/local/Cellar/python/2.7.3/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/pickle.py", line 306, in save
        rv = reduce(self.proto)
      File "/Users/rafael/dev/venvs/general/bin/../lib/python2.7/copy_reg.py", line 70, in _reduce_ex
        raise TypeError, "can't pickle %s objects" % base.__name__
    TypeError: can't pickle lock objects

如果您考虑一下,这是有道理的,锁是由操作系统管理的信号量原语(因为 python 使用本机线程)。能够在 python 运行时中腌制和保存该对象状态实际上不会完成任何有意义的事情,因为它的真实状态由操作系统保存。

2) 在 Python 中实现嵌套并行的模式是什么?如果可能,维护一个递归结构,而不是用它来换取迭代

现在,为了声望,我上面提到的所有内容都不适用于您的示例,因为您使用的是线程(ThreadPoolExecutor)而不是进程(ProcessPoolExecutor),因此不必发生跨进程的数据共享。

您的 java 示例似乎更有效,因为您正在使用的线程池 (CachedThreadPool) 正在根据需要创建新线程,而 python 执行器实现是有界的并且需要显式的最大线程数 (max_workers)。语言之间存在一些语法差异,这似乎也让你失望(python 中的静态实例本质上是任何没有明确限定范围的东西),但本质上,两个示例都会创建完全相同数量的线程以便执行。例如,这是一个在 python 中使用相当幼稚的 CachedThreadPoolExecutor 实现的示例:

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

class CachedThreadPoolExecutor(ThreadPoolExecutor):
    def __init__(self):
        super(CachedThreadPoolExecutor, self).__init__(max_workers=1)

    def submit(self, fn, *args, **extra):
        if self._work_queue.qsize() > 0:
            print('increasing pool size from %d to %d' % (self._max_workers, self._max_workers+1))
            self._max_workers +=1

        return super(CachedThreadPoolExecutor, self).submit(fn, *args, **extra)

pool = CachedThreadPoolExecutor()

def fibonacci(n):
    print n
    if n < 2:
        return n
    a = pool.submit(fibonacci, n - 1)
    b = pool.submit(fibonacci, n - 2)
    return a.result() + b.result()

print(fibonacci(10))

性能调优:

我强烈建议研究gevent,因为它可以在没有线程开销的情况下为您提供高并发性。情况并非总是如此,但您的代码实际上是 gevent 使用的典型代表。这是一个例子:

import gevent

def fibonacci(n):
    print n
    if n < 2:
        return n
    a = gevent.spawn(fibonacci, n - 1)
    b = gevent.spawn(fibonacci, n - 2)
    return a.get()  + b.get()

print(fibonacci(10))

完全不科学,但在我的计算机上,上面的代码运行速度比其线程等效代码快9倍。

我希望这有帮助。

于 2013-06-17T04:47:05.790 回答
1

1.我在这里缺少什么;为什么不应该在进程之间共享池?

无论语言如何,您通常根本无法在进程之间共享操作系统线程。

您可以安排与工作进程共享对池管理器的访问,但这可能不是解决任何问题的好方法;见下文。

2. 在 Python 中实现嵌套并行的模式是什么?如果可能的话,维护一个递归结构,而不是用它来换取迭代。

这在很大程度上取决于您的数据。

在 CPython 上,一般的答案是使用实现高效并行操作的数据结构。一个很好的例子是NumPy的优化数组类型:是一个使用它们将大数组操作拆分到多个处理器内核的示例。

但是,使用阻塞递归实现的 Fibonacci 函数对于任何基于 worker 池的方法来说尤其不合适:fib(N) 将花费大部分时间来捆绑 N 个 worker,除了等待其他 worker 什么都不做。还有许多其他方法可以专门处理 Fibonacci 函数(例如,使用CPS消除阻塞并填充恒定数量的工人),但根据您将要解决的实际问题而不是示例来决定您的策略可能会更好像这样。

于 2013-06-17T09:44:22.753 回答