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相同的代碼,多執行緒比多處理快900倍

2022-01-01 03:40:40 企業開發

您需要下載fonts.zip并將其壓縮到與要運行的示例代碼相同的檔案夾中。

此代碼的目的是生成隨機文本、渲染文本并將其保存為影像。代碼接受lettersnumbers分別是要從中生成文本的字母和數字的總體。它還接受character_frequency哪個決定將生成多少個字符的實體。然后生成一個長字串,并將其拆分為存盤在TextGenerator.datasetTextGenerator.initialize_dataset.

例如:對于字母 = 'abc',數字 = '123',字符頻率 = 3,'aaabbbccc111222333' 被生成、打亂并拆分為隨機大小的子字串,例如:['a312c'、'1b1'、'bba32c3a2c']。

然后每個單詞將被渲染并保存為影像,TextGenerator.save_images這是這個問題的主題。

executor將被引數concurrent.futures.ThreadPoolExecutorconcurrent.futures.ProcessPoolExecutor傳遞給TextGenerator在用于演示目的如下所示的例子。

問題是什么?

character_frequency增加時,再存盤在資料集中TextGenerator.dataset會然而,應該不會影響性能。實際發生的:越character_frequency,更多的時間TextGenerator.save_images,需要完成concurrent.futures.ProcessPoolExecutor另一方面,在一切保持不變的情況下,concurrent.futures.ThreadPoolExecutor取而代之的是傳遞,所需的時間是恒定的,不受 的影響character_frequency

import random
import string
import tempfile
import textwrap
from concurrent.futures import (ProcessPoolExecutor, ThreadPoolExecutor,
                                as_completed)
from pathlib import Path
from time import perf_counter

import numpy as np
import pandas as pd
from cv2 import cv2
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont


class TextGenerator:
    def __init__(
        self,
        fonts,
        character_frequency,
        executor,
        max_images=None,
        background_colors=((255, 255, 255),),
        font_colors=((0, 0, 0),),
        font_sizes=(25,),
        max_example_size=25,
        min_example_size=1,
        max_chars_per_line=80,
        output_dir='data',
        workers=1,
        split_letters=False,
    ):
        assert (
            min_example_size > 0
        ), f'`min_example_size` should be > 0`, got {min_example_size}'
        assert (
            max_example_size > 0
        ), f'`max_example_size` should be > 0`, got {max_example_size}'
        self.fonts = fonts
        self.character_frequency = character_frequency
        self.executor = executor
        self.max_images = max_images
        self.background_colors = background_colors
        self.font_colors = font_colors
        self.font_sizes = font_sizes
        self.max_example_size = max_example_size
        self.min_example_size = min_example_size
        self.max_chars_per_line = max_chars_per_line
        self.output_dir = Path(output_dir)
        self.workers = workers
        self.split_letters = split_letters
        self.digits = len(f'{character_frequency}')
        self.max_font = max(font_sizes)
        self.generated_labels = []
        self.dataset = []
        self.dataset_size = 0

    def render_text(self, text_lines):
        font = random.choice(self.fonts)
        font_size = random.choice(self.font_sizes)
        background_color = random.choice(self.background_colors)
        font_color = random.choice(self.font_colors)
        max_width, total_height = 0, 0
        font = ImageFont.truetype(font, font_size)
        line_sizes = {}
        for line in text_lines:
            width, height = font.getsize(line)
            line_sizes[line] = width, height
            max_width = max(width, max_width)
            total_height  = height
        image = Image.new('RGB', (max_width, total_height), background_color)
        draw = ImageDraw.Draw(image)
        current_height = 0
        for line_text, dimensions in line_sizes.items():
            draw.text((0, current_height), line_text, font_color, font=font)
            current_height  = dimensions[1]
        return np.array(image)

    def display_progress(self, example_idx):
        print(
            f'\rGenerating example {example_idx   1}/{self.dataset_size}',
            end='',
        )

    def generate_example(self, text_lines, example_idx):
        text_box = self.render_text(text_lines)
        filename = (self.output_dir / f'{example_idx:0{self.digits}d}.jpg').as_posix()
        cv2.imwrite(filename, text_box)
        return filename, text_lines

    def create_dataset_pool(self, executor, example_idx):
        future_items = []
        for j in range(self.workers):
            if not self.dataset:
                break
            text = self.dataset.pop()
            if text.strip():
                text_lines = textwrap.wrap(text, self.max_chars_per_line)
                future_items.append(
                    executor.submit(
                        self.generate_example,
                        text_lines,
                        j   example_idx,
                    )
                )
        return future_items

    def write_images(self):
        i = 0
        with self.executor(self.workers) as executor:
            while i < self.dataset_size:
                future_items = self.create_dataset_pool(executor, i)
                for future_item in as_completed(future_items):
                    filename, text_lines = future_item.result()
                    if filename:
                        self.generated_labels.append(
                            {'filename': filename, 'label': '\n'.join(text_lines)}
                        )
                    self.display_progress(i)
                i  = min(self.workers, self.dataset_size - i)
                if self.max_images and i >= self.max_images:
                    break

    def initialize_dataset(self, letters, numbers, space_freq):
        for characters in letters, numbers:
            dataset = list(
                ''.join(
                    letter * self.character_frequency
                    for letter in characters   ' ' * space_freq
                )
            )
            random.shuffle(dataset)
            self.dataset.extend(dataset)
        i = 0
        temp_dataset = []
        min_split_example_size = min(self.max_example_size, self.max_chars_per_line)
        total_letters = len(self.dataset)
        while i < total_letters - self.min_example_size:
            example_size = random.randint(self.min_example_size, self.max_example_size)
            example = ''.join(self.dataset[i : i   example_size])
            temp_dataset.append(example)
            i  = example_size
            if self.split_letters:
                split_example = ' '.join(list(example))
                for sub_example in textwrap.wrap(split_example, min_split_example_size):
                    if (sub_example_size := len(sub_example)) >= self.min_example_size:
                        temp_dataset.append(sub_example)
                        i  = sub_example_size
        self.dataset = temp_dataset
        self.dataset_size = len(self.dataset)

    def generate(self, letters, numbers, space_freq, fp='labels.csv'):
        self.output_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
        self.initialize_dataset(letters, numbers, space_freq)
        t1 = perf_counter()
        self.write_images()
        t2 = perf_counter()
        print(
            f'\ntotal time: {t2 - t1} seconds, character frequency '
            f'specified: {self.character_frequency}, type: {self.executor.__name__}'
        )
        pd.DataFrame(self.generated_labels).to_csv(self.output_dir / fp, index=False)


if __name__ == '__main__':
    out = Path(tempfile.mkdtemp())
    total_images = 15
    for char_freq in [100, 1000, 1000000]:
        for ex in [ThreadPoolExecutor, ProcessPoolExecutor]:
            g = TextGenerator(
                [
                    p.as_posix()
                    for p in Path('fonts').glob('*.ttf')
                ],
                char_freq,
                ex,
                max_images=total_images,
                output_dir=out,
                max_example_size=15,
                min_example_size=5,
            )
            g.generate(string.ascii_letters, '0123456789', 1)

在我的 i5 mbp 上產生以下結果:

Generating example 15/649
total time: 0.0652076720000001 seconds, character frequency specified: 100, type: ThreadPoolExecutor
Generating example 15/656
total time: 1.1637316500000001 seconds, character frequency specified: 100, type: ProcessPoolExecutor
Generating example 15/6442
total time: 0.06430166800000015 seconds, character frequency specified: 1000, type: ThreadPoolExecutor
Generating example 15/6395
total time: 1.2626316840000005 seconds, character frequency specified: 1000, type: ProcessPoolExecutor
Generating example 15/6399805
total time: 0.05754961300000616 seconds, character frequency specified: 1000000, type: ThreadPoolExecutor
Generating example 15/6399726
total time: 45.18768219699999 seconds, character frequency specified: 1000000, type: ProcessPoolExecutor

0.05 秒(執行緒)與 45 秒(行程)保存 15 個影像,character_frequency= 1000000。為什么要花這么長時間?為什么它會受到character_frequency價值的影響這是獨立的,應該只影響初始化時間(這正是執行緒發生的情況)

uj5u.com熱心網友回復:

假設我正確解釋了您的代碼,您將生成大小由character_frequency控制的示例文本值越大,文本越長。

文本是在程式的主回圈中生成的。然后你安排一組接收所述文本并基于它生成影像的任務。

由于行程位于單獨的記憶體地址空間中,因此需要通過管道將文本發送給它們該管道是影響您性能的瓶頸。您看到性能隨著 的增長而惡化的原因character_frequency是因為需要序列化更多文本并按順序通過所述管道發送。您的作業人員在等待資料到達時正在挨餓。

此問題不會影響您的執行緒池,因為執行緒位于主行程的相同記憶體地址空間中。因此,資料不需要序列化并跨作業系統發送。

為了在使用行程的同時加速你的程式,你可以在 worker 本身中移動文本生成邏輯,或者將所述文本寫入一個或多個檔案。然后讓作業行程自己打開這些檔案,以便您可以利用 I/O 并行化。您的主要流程所做的就是將作業人員指向正確的檔案位置或檔案名。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qiye/399412.html

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