Python 并行编程手册

Python 并行编程手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:【意大利】Giancarlo Zaccone
出品人:博文视点
页数:244
译者:张龙
出版时间:2018-4
价格:59
装帧:
isbn号码:9787121337536
丛书系列:
图书标签:
  • 并行计算
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具体描述

若想充分利用所有的计算资源来构建高效的软件系统,并行编程技术是不可或缺的一项技能。《Python 并行编程手册》以Python为蓝本,对并行编程领域的各项技术与知识进行了广泛且深入的讲解。通过对本书的学习,读者将能够快速且准确地掌握并行编程方方面面的技能,从而应用在自己的项目开发中,提升系统运行效率。

《Python 并行编程手册》共分为6章,从原理到实践系统化地对并行编程技术进行了层层剖析,并通过大量可运行的实例演示了每一个知识点的具体运用方式,是提升并行编程技能的一本不可多得的好书。相信《Python 并行编程手册》的出版将会填补Python在并行编程领域应用的一大空白,能够帮助想要从事并行编程与并行计算的读者提升实践能力,并将这一能力应用到实际的项目开发中。

《Python 并行编程手册》是一本面向 Python 开发者,旨在深入探讨如何在 Python 中实现和优化并行与并发编程的权威指南。本书抛开了简单的“如何使用”的教程模式,而是致力于揭示并行编程的底层机制、设计模式以及高级技巧,帮助读者构建出既高效又健壮的并发式应用程序。 一、 核心理念与基础构建 本书首先从并行与并发的概念辨析入手,清晰界定它们之间的区别与联系。通过对计算机硬件架构(多核处理器、缓存一致性)和操作系统调度机制(进程、线程、协程)的深入剖析,为读者打下坚实的理论基础。理解这些基础知识,是掌握后续高级技术的关键。 理解多核时代的机遇与挑战: 随着多核处理器的普及,如何充分利用并行计算能力成为提升软件性能的必然选择。本书将详细介绍多核架构下的挑战,例如数据竞争、死锁、活锁等,并为解决这些问题提供清晰的指导。 操作系统层面的并发原语: 深入讲解进程(`multiprocessing` 模块)、线程(`threading` 模块)的创建、通信和同步机制。读者将学习如何使用锁(`Lock`, `RLock`)、信号量(`Semaphore`)、事件(`Event`)、条件变量(`Condition`)等工具来管理共享资源,避免数据损坏。 Python 解释器的全局解释器锁 (GIL) 剖析: GIL 是 Python 并行编程中绕不开的话题。本书将对其工作原理、影响范围进行深入分析,并提供绕过 GIL 限制的策略,例如使用多进程、异步 IO、或 C 扩展。 二、 核心并发模型与实践 在扎实的基础之上,本书将重点介绍 Python 中实现并行和并发的几种核心模型,并结合大量实际案例,引导读者将理论付诸实践。 进程(`multiprocessing`): 强调进程隔离的优势,适用于 CPU 密集型任务,可以真正利用多核。书中将涵盖进程池(`Pool`)的使用,实现任务的批量分发和结果的收集;进程间通信(IPC)的各种方式,如队列(`Queue`)、管道(`Pipe`)、共享内存(`Value`, `Array`)等,以及它们适用的场景。 线程(`threading`): 讨论线程在 I/O 密集型任务中的优势,以及在 GIL 限制下的适用性。重点讲解线程同步机制,包括如何在多线程环境下安全地访问共享数据。 异步编程(`asyncio`): 详细介绍 Python 3.5+ 引入的 `asyncio` 库,这是现代 Python 并发编程的基石。读者将学习 `async`/`await` 语法,理解事件循环(Event Loop)、协程(Coroutines)、任务(Tasks)的概念。本书将深入探讨如何使用 `asyncio` 构建高效的网络服务、爬虫、以及其他 I/O 密集型应用,并展示如何与阻塞式代码进行集成。 协程(`gevent`, `greenlet`): 介绍第三方库 `gevent` 和 `greenlet` 如何在用户空间实现轻量级并发,它们通过 monkey patching(猴子补丁)来模拟并发,在某些场景下能提供比 `asyncio` 更简单的编程模型。 三、 高级技术与优化策略 本书不仅停留在基本用法,更深入探讨了并行编程中的高级技术和优化策略,帮助读者写出高性能、高可靠性的并发程序。 并发编程的设计模式: 介绍和讲解在并发编程中常用的设计模式,如生产者-消费者模式、工作线程池模式、发布-订阅模式等。通过理解这些模式,读者可以更清晰地设计和组织并发应用程序的结构。 数据同步与共享: 深入讨论在多进程、多线程环境下如何安全地共享和同步数据。除了基本的锁机制,还会介绍更高级的同步原语,如屏障(`Barrier`)、延迟执行(`Timer`),以及如何使用 `concurrent.futures` 模块提供的更高级抽象来管理任务执行。 并行计算库的使用: 介绍 Python 生态系统中用于科学计算和高性能计算的并行库,如 NumPy、SciPy 的并行化能力,以及 Dask、Ray 等分布式计算框架。读者将学习如何利用这些库来加速数据分析、机器学习等计算密集型任务。 性能分析与调优: 提供一套完整的性能分析工具和方法论,帮助读者识别并发程序中的性能瓶颈。包括使用 `cProfile`、`line_profiler` 等工具进行代码剖析,以及针对 GIL、线程调度、进程间通信等进行性能优化。 错误处理与健壮性: 并发程序往往比单线程程序更容易出现难以预测的错误。本书将详细讲解在并发环境下如何进行有效的错误处理,如何优雅地处理异常,以及如何构建具有高可用性和容错能力的系统。 分布式并行计算: 简要介绍 Python 在分布式计算领域的应用,如使用 Celery 进行任务队列管理,或利用 Flask/Django 等 Web 框架构建分布式 Web 服务。虽然本书重点是单机并行,但也会为读者打开分布式计算的视野。 四、 实际应用场景与案例分析 理论结合实际是本书的一大特色。书中将通过大量精心设计的案例,展示 Python 并行编程在各种实际场景中的应用。 网络编程: 构建高并发的网络服务器(HTTP, WebSocket),实现高效的爬虫,处理大量的网络请求。 数据处理与分析: 加速大规模数据集的处理、并行执行复杂的计算任务、实现分布式机器学习模型训练。 GUI 应用程序: 在 GUI 应用中实现后台任务,避免界面假死,提升用户体验。 游戏开发: 实现游戏的 AI、物理引擎等需要高计算性能的部分。 系统监控与自动化: 开发并发的监控工具,自动化执行大量重复性任务。 五、 读者对象 本书适合以下开发者: 有一定 Python 基础的开发者: 熟悉 Python 语法和常用库。 希望提升程序性能的开发者: 遇到性能瓶颈,希望通过并行计算来优化。 正在或计划开发并发式应用程序的开发者: 需要理解和掌握多线程、多进程、异步编程等技术。 对计算机底层原理感兴趣的开发者: 希望深入理解操作系统和硬件如何支持并行计算。 数据科学家、机器学习工程师: 需要处理大规模数据和进行复杂计算。 《Python 并行编程手册》不仅仅是一本技术书籍,更是一扇通往高效 Python 编程世界的大门。它将帮助读者从“会用”到“精通”,构建出真正能够驾驭现代多核硬件的强大应用程序。

作者简介

目录信息

1 并行计算与Python起步 1
介绍 1
并行计算内存架构 2
内存组织 5
并行编程模型 10
如何设计并行程序 12
如何评估并行程序的性能 14
Python简介 16
并行世界中的Python 20
进程与线程介绍 21
开始在Python中使用进程 21
开始在Python中使用线程 23
2 基于线程的并行. .27
介绍 27
使用Python的线程模块 28
如何定义线程 28
如何确定当前的线程 30
如何在子类中使用线程 32
使用Lock与RLock实现线程同步 34
使用RLock实现线程同步 38
使用信号量实现线程同步 40
使用条件实现线程同步 44
使用事件实现线程同步 47
使用with语句 51
使用队列实现线程通信 53
评估多线程应用的性能 57
3 基于进程的并行63
介绍 64
如何生成进程 64
如何对进程命名 66
如何在后台运行进程 68
如何杀死进程 69
如何在子类中使用进程 70
如何在进程间交换对象 72
如何同步进程 78
如何管理进程间状态 81
如何使用进程池 82
使用mpi4py模块 84
点对点通信 87
避免死锁问题 91
使用广播实现聚合通信 94
使用scatter实现聚合通信 96
使用gather实现聚合通信 99
使用Alltoall实现聚合通信 101
汇聚操作 103
如何优化通信 105
4 异步编程. 111
介绍 111
使用 Python的 concurrent.futures 模块 112
使用Asyncio实现事件循环管理 116
使用Asyncio处理协程 120
使用Asyncio管理任务 125
使用Asyncio和Futures 128
5 分布式Python133
介绍 133
使用 Celery 分发任务 .134
如何使用 Celery 创建任务 136
使用 SCOOP进行科学计算 139
使用 SCOOP处理映射函数 143
使用 Pyro4 远程调用方法 147
使用 Pyro4 链接对象 ..150
使用 Pyro4 开发一个客户端-服务器应用 156
使用 PyCSP实现顺序进程通信 162
在Disco中使用 MapReduce 167
使用 RPyC 调用远程过程 172
6 使用Python进行GPU编程. 175
介绍 175
使用 PyCUDA模块 177
如何构建一个 PyCUDA应用 181
通过矩阵操作理解 PyCUDA内存模型 186
使用 GPUArray 调用内核 192
使用 PyCUDA对逐元素表达式求值 194
使用 PyCUDA进行 MapReduce 操作 198
使用 NumbaPro 进行GPU编程 201
通过 NumbaPro 使用 GPU 加速的库 206
使用 PyOpenCL模块 .. 211
如何构建一个 PyOpenCL应用 214
使用PyOpenCL对逐元素表达式求值 218
使用 PyOpenCL测试 GPU 应用 221
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我是一个对代码质量有洁癖的程序员,因此,我阅读技术书籍时非常关注错误处理和健壮性设计。这本手册在这方面做得极为出色。它不是简单地展示“如何让并行代码跑起来”,而是重点强调了“如何优雅地处理并行代码中的异常”。例如,它详细介绍了如何使用信号量(Semaphore)来限制资源访问,以及在多线程环境中如何安全地记录日志而不引入新的同步问题。作者对于调试并行程序复杂性的描述非常到位,他提供的那些调试技巧和工具推荐,直接帮我省去了过去几个星期的盲目排查时间。特别是关于如何利用可视化工具来追踪线程/进程的执行路径,这个章节我反复看了好几遍。这本书的理念是:并行编程的难点不在于并行本身,而在于对“不可预测性”的管理。它教会我的,是如何构建一个即使在复杂并发环境下也能保持清晰和可维护性的系统。

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自从开始读这本书,我的编程思维方式发生了一次微妙的转变。以往,我对并行总是抱着一种“能不用就不用”的心态,总觉得它会带来不必要的复杂性。但这本书的逻辑推导非常严密,它清晰地论证了在现代计算环境中,如果不拥抱并行,就意味着主动放弃了性能红利。它对线程安全数据结构的设计思路,尤其是对无锁数据结构的介绍,让我对高性能编程有了全新的认识。书中的项目案例设计得非常巧妙,它们不是孤立的测试脚本,而是具有实际业务场景的解决方案模型。比如,那个关于并行 I/O 密集型任务优化的章节,我直接将其中描述的框架应用到了我们部门的日志收集系统中,效果立竿见影。这本书的语言风格介于学术严谨与工程实践之间,既有理论支撑,又不失实战指导性,非常适合希望从“能用”跃升到“精通”的 Python 工程师。

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说实话,我对技术书籍的期望值一直挺高的,很多市面上的书写得过于学院派,要么就是堆砌着官方文档的复述,读起来枯燥乏味。然而,这本让我眼前一亮。它的叙述风格非常接地气,仿佛一位经验丰富的工程师在手把手地教你“避坑”。我特别喜欢作者在讲解 `multiprocessing` 模块时,引入了不同操作系统(比如 Windows 和 Linux)在进程创建上的差异处理,这种细致入微的考量,让我在跨平台部署时省去了大量的调试时间。书中的案例选择也非常贴近工业界的实际需求,比如分布式爬虫的构建、并行化图像渲染管道的搭建等等。每当遇到一个难点,书里总能提供一套优雅的解决方案,而不是简单粗暴地告诉你用哪个库函数。对于我这种习惯了快速原型开发的人来说,这本书提供了一种更健壮、更具可扩展性的编程范式。它成功地将复杂的并发概念转化成了可以被有效管理的工程实践,极大地提升了我对 Python 并行能力的应用信心。

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这本书的价值,在于它打破了 Python 在并行计算领域“慢”的刻板印象。我之前总觉得,遇到重度计算任务,就必须切换到 C++ 或者 Rust。但这本书让我重新审视了 Python 的潜力。它对异步编程(`asyncio`)的讲解,简直是一部教科书级别的指南。作者没有止步于讲解 `await` 和 `async` 的语法糖,而是详细剖析了事件循环的工作原理、协程的切换上下文机制,以及如何有效地管理成千上万的网络连接。我按照书中的指导,重构了我们那个高并发的网络服务,内存占用率显著下降,响应时间也稳定在了毫秒级别。更让我惊喜的是,它还涵盖了如何利用 GPU 进行并行加速的初步介绍,虽然不深,但足够引导我迈向异构计算的大门。这本书的深度和广度完美地平衡了,既能满足初学者对基础概念的理解需求,也能让资深开发者找到提升性能的突破口。

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这本书简直是为我量身定做的。作为一个在数据处理和高性能计算领域摸爬滚打了好几年的老兵,我一直觉得 Python 在单线程下的表现虽然友好,但在面对海量数据并行计算时总是力不从心。我手里那个项目,每天需要处理 TB 级别的数据流,如果不用上并行计算,根本别想按时交付。这本书的结构布局非常清晰,从基础的 GIL 机制到高级的进程池管理,讲解得深入浅出。我尤其欣赏它对多核处理器利用率的探讨,不再是那种空泛的理论介绍,而是给出了大量的实战代码示例,让我能立刻上手优化我现有的代码瓶颈。特别是关于内存共享和同步锁的那几个章节,终于把困扰我很久的死锁和竞态条件问题彻底捋顺了。读完前三分之一,我感觉自己的代码性能至少提升了三成,效率的飞跃带来的成就感无与伦比。这本书不是那种只停留在 API 调用的层面,它深入到了操作系统和计算机架构的层面去解释“为什么”要这么做,这种深度的讲解,对于想要真正掌控系统性能的开发者来说,是极其宝贵的财富。

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这本书,翻译没有用心。我英语不好,没看原文,仅看了进程部分。结合了两年前的python参考手册,下边第三方翻译,以及百度。本来进程就抽象,而且难于调试,在有些ide中各种报错。翻译没有用心,甚至有的意思南辕北辙,还没下边第三方翻译好。进程在这本书还算简单内容,查找资料还比较容易,后边分布式系统,gpu完全没有信心读。可取的就是多见几个例子,仅就阅读了进程部分的评论。

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浪费钱,读得费劲

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就是讲了一堆Python的并行编程的各种包,前面将多进程,多线程,异步这几张还好都是基础的Python包,后面介绍RPC通信的那章介绍的包有些就感觉比较小众了,也没什么人维护,看来Python果然还是不适合大范围的在工业界做后端语言来用,最后一章介绍朋友CUDA那章算是眼前一亮吧,反正我之前是不知道CUDA还有Python的接口可以直接写。感觉对我收获最大的是第一章总览和最后一章吧,前面几章看的细一点,但也没什么新知,最后两章讲RPC 和pyCUDA的,就没怎么细看了,感觉真要用的时候再去百度吧,而且一般我们正常写CUDA 的代码也少。内容不是很深,看书也没有解决我的问题,四星吧,不能更多了。

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浪费钱,读得费劲

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这本书的前半部分用来入门很不错,结合百度和博客能够保证基本理解线程、进程等概念。但从mpi4py部分开始错误实在太多,让人怀疑译者(或者说原作者?)自己是否已经入门了MPI。

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