3行Python代码，可以让你的数据处理快别人4倍

Python是一门非常适合处理数据和自动化完成重复性工作的编程语言，我们在用数据训练机器学习模型之前，通常都需要对数据进行预处理，而Python就非常适合完成这项工作，比如需要重新调整几十万张图像的尺寸，用Python没问题！

你几乎总是能找到一款可以轻松完成数据处理工作的Python库。

然而

虽然Python易于学习，使用方便，但它并非运行速度最快的语言。

默认情况下，Python程序使用一个CPU以单个进程运行。

不过如果你是在最近几年配置的电脑，通常都是四核处理器，也就是有4个CPU。

这就意味着在你苦苦等待Python脚本完成数据处理工作时

你的电脑其实有75%甚至更多的计算资源就在那闲着没事干！

今天就教大家怎样通过并行运行Python函数，充分利用你的电脑的全部处理能力。

得益于Python的 concurrent.futures 模块，

我们只需3行代码

就能将一个普通数据处理脚本变为能并行处理数据的脚本，提速4倍。

比方说：

我们有一个全是图像数据的文件夹，想用Python为每张图像创建缩略图。

下面是一个短暂的脚本：

用Python的内置glob函数获取文件夹中所有JPEG图像的列表，

然后用Pillow图像处理库为每张图像保存大小为128像素的缩略图：

这段脚本沿用了一个简单的模式

你会在数据处理脚本中经常见到这种方法：

咱们用一个包含1000张JPEG图像的文件夹测试一下这段脚本，

看看运行完要花多长时间：

运行程序花了8.9秒，但是电脑的真实工作强度怎样呢？

我们再运行一遍程序

看看程序运行时的活动监视器情况：

电脑有75%的处理资源处于闲置状态！这是什么情况？

这个问题的原因就是我的电脑有4个CPU，但Python只使用了一个。

所以程序只是卯足了劲用其中一个CPU，另外3个却无所事事。

因此我需要一种方法能将工作量分成4个我能并行处理的单独部分。

幸运的是，Python中有个方法很容易能让我们做到！

下面是一种可以让我们并行处理数据的方法：

4个Python拷贝程序在4个单独的CPU上运行，

处理的工作量应该能比一个CPU大约高出4倍，

对吧？

最妙的是，Python已经替我们做完了最麻烦的那部分工作。

我们只需告诉它想运行哪个函数以及使用多少实例就行了，剩下的工作它会完成。

整个过程我们只需要改动3行代码。

首先

我们需要导入concurrent.futures库

这个库就内置在Python中：

接着，我们需要告诉Python启动4个额外的Python实例。

我们通过让Python创建一个Process Pool来完成这一步：

默认情况下：

它会为你电脑上的每个CPU创建一个Python进程，

所以如果你有4个CPU，就会启动4个Python进程。

***一步：

让创建的Process Pool用这4个进程在数据列表上执行我们的辅助函数。

完成这一步，我们要将已有的for循环：

替换为新的调用executor.map():

该executor.map()函数调用时需要输入辅助函数和待处理的数据列表。

这个函数能帮我完成所有麻烦的工作

包括将列表分为多个子列表、将子列表发送到每个子进程、运行子进程以及合并结果等。

干得漂亮！

这也能为我们返回每个函数调用的结果。

Executor.map()函数会按照和输入数据相同的顺序返回结果。

所以我用了Python的zip()函数作为捷径，一步获取原始文件名和每一步中的匹配结果。

这里是经过这三步改动后的程序代码：

我们来运行一下这段脚本

看看它是否以更快的速度完成数据处理：

脚本在2.2秒就处理完了数据！比原来的版本提速4倍！

之所以能更快的处理数据

是因为我们使用了4个CPU而不是1个。

但是

如果你仔细看看，会发现“用户”时间几乎为9秒。

那为何程序处理时间为2.2秒，但不知怎么搞得运行时间还是9秒？

这似乎不太可能啊？

这是

因为“用户”时间是所有CPU时间的总和，

我们最终完成工作的CPU时间总和一样，都是9秒，

但我们使用4个CPU完成的，实际处理数据时间只有2.2秒！

注意：

如果你有一列数据

并且每个数据都能单独处理时，使用我们这里所说的Process Pools是一个提速的好方法。

下面是一些适合使用并行处理的例子：

但也要记住，Process Pools并不是***的。

使用Process Pool需要在独立的Python处理进程之间来回传递数据。

如果你要处理的数据不能在处理过程中被有效地传递，这种方法就行不通了。

简而言之，你处理的数据必须是Python知道怎么应对的类型。

同时

也无法按照一个预想的顺序处理数据。

如果你需要前一步的处理结果来进行下一步，这种方法也行不通。

那GIL的问题呢？

你可能知道Python有个叫全局解释器锁（Global Interpreter Lock）的东西，即GIL。

这意味着即使你的程序是多线程的，每个线程也只能执行一个Python指令。

GIL确保任何时候都只有一个Python线程执行。

换句话说：

多线程的Python代码并不能真正地并行运行，从而无法充分利用多核CPU。

但是Process Pool能解决这个问题！

因为我们是运行单独的Python实例，每个实例都有自己的GIL。

这样我们获得是真正能并行处理的Python代码！

有了concurrent.futures库

Python就能让你简简单单地修改一下脚本后，立刻让你电脑上所有CPU投入到工作中。

不要害怕尝试这种方法，一旦你掌握了

它就跟一个for循环一样简单

却能让你的数据处理脚本快到飞起。