为什么我的 python 代码没有使用所有的 cpu？

Question

我写了一个简单的 python 代码，它只是不停地打印素数，但它只使用了我笔记本电脑 CPU 的 25%（100% 的单核）。 但我希望它使用所有的核心。 那可能吗？ 顺便说一句，这里是代码：

x = 10
while True:
    for num in range(1, x):
        flag = False
        if x > 1:
            for i in range(2, x):
                if (x % i) == 0:
                    flag = True
                    break
        if not flag:
            print(x, "is a prime number")
            break
    x += 1

Answer 1

这就引出了一个问题：你是如何测量你的程序使用了多少 CPU 的？

这是我的 macOS 机器的屏幕截图，运行您的程序：

这里是 Linux 虚拟机上的htop屏幕截图：

换句话说，您的程序将愉快地消耗尽可能多的单个 CPU 内核，因为它是单线程的。

编辑

为了使您的程序使用普通的 Python 消耗所有内核，不幸的是，由于全局解释器锁 (GIL)使得基于 Python 的并行 CPU 工作效率非常低，因此线程不会不幸地切断它。

令人高兴的是，这就是multiprocessing模块介入的地方； 它协调多个不受共享锁阻碍的独立 Python进程。 你可以看到这个程序已经相当复杂了，但确实设法使我机器上的所有 16 个内核饱和。

由于工人们查看的是 integer 范围的不同部分，因此该程序打印的结果将完全没有严格的顺序。

import multiprocessing
import queue
from itertools import count


def is_prime(x):
    for i in range(2, x // 2 + 1):
        if x % i == 0:
            return False
    return True


def prime_loop(result_queue: multiprocessing.Queue, start: int, step: int):
    for i in count(start, step):
        if is_prime(i):
            result_queue.put((i, True))


def main():
    result_queue = multiprocessing.Queue()
    num_workers = multiprocessing.cpu_count()
    workers = []
    for i in range(num_workers):
        # Since there's no point in starting a worker that would look at even numbers,
        # we start the first worker at 1 and the second worker at 3, etc.
        start = i * 2 + 1
        # Each worker will step over by the number of workers + 1, so e.g. if there are 4 workers,
        # worker 1 will check 1, 5, 11, 16,
        # worker 2 will check 2, 6, 12, 17,
        # worker 3 will check 3, 7, 13, 18,
        # worker 4 will check 4, 8, 14, 19 etc.
        step = num_workers + 1
        worker = multiprocessing.Process(
            target=prime_loop, args=(result_queue, start, step)
        )
        worker.start()
        workers.append(worker)
    seen = set()
    while True:
        try:
            number, result = result_queue.get(timeout=0.1)
            if result:
                if number in seen:
                    raise NotImplementedError("bug :(")
                seen.add(number)
                print(f"{number} is a prime number")
        except KeyboardInterrupt:
            break
        except (multiprocessing.TimeoutError, queue.Empty):
            pass
    for worker in workers:
        worker.kill()


if __name__ == "__main__":
    main()