Python中多线程和单线程端口扫描对比

Python默认的解释器是CPython，而CPython中有一个全局锁GIL，任何线程获得锁之后才能执行，所以多线程只能交替进行，即使是多核CPU也只能用到1核。因此，Python中使用多线程并不一定能提高效率，一般来说CPU密集型的任务不适合用多线程，IO密集型的任务适当使用多线程是可以提高效率的。下面分别使用多线程和单线程进行端口（0-5000端口）扫描：

单线程（无延时）

#encoding: utf-8
#python3.4
import socket, time

if __name__=='__main__':
openPortNum = 0
t=time.time()
for port in range(0,5000):
#time.sleep(0.01)
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
result = s.connect_ex(('ip',port))
if(result == 0):
print (port,'is open')
openPortNum+=1
s.close()
print ('total open port is %s, scan used time is: %f ' % (openPortNum, time.time()-t))

多线程（无延时）

#encoding: utf-8
#python3.4
import socket, sys, threading, time

openPortNum = 0
socket.setdefaulttimeout(3)
threads=[]

def socket_port(ip, PORT):
global openPortNum
#time.sleep(0.01)
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
result = s.connect_ex((ip, PORT))
if(result == 0):
print (PORT,'is open')
openPortNum += 1
s.close()

if __name__ == '__main__':

t=time.time()
for port in range(0, 5000):
th=threading.Thread(target=socket_port, args=('ip',port))
threads.append(th)
th.start()

print ('total open port is %s, scan used time is: %f ' % (openPortNum, time.time()-t))

没有延迟的情况下，单线程和多线程得到扫描耗时为：



单线程0.1s，多线程1.3s，多线程反而没有优势，这是因为线程需要频繁切换，而且IO等待时间较短，无法体现多线程的优势。那么可以在每一个线程执行的时候加一个延时，模拟较长的IO等待时间。

单线程（有延时，延时设为0.01s）

#encoding: utf-8
#python3.4
import socket, time

if __name__=='__main__':
openPortNum = 0
t=time.time()
for port in range(0,5000):
time.sleep(0.01)
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
result = s.connect_ex(('ip',port))
if(result == 0):
print (port,'is open')
openPortNum+=1
s.close()
print ('total open port is %s, single_thread scan used time is: %f ' % (openPortNum, time.time()-t))

多线程（有延时，延时为0.01s）

#encoding: utf-8
#python3.4
import socket, sys, threading, time

openPortNum = 0
socket.setdefaulttimeout(3)
threads=[]

def socket_port(ip, PORT):
global openPortNum
time.sleep(0.01)
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
result = s.connect_ex((ip, PORT))
if(result == 0):
print (PORT,'is open')
openPortNum += 1
s.close()

if __name__ == '__main__':

t=time.time()
for port in range(0, 5000):
th=threading.Thread(target=socket_port, args=('ip',port))
threads.append(th)
th.start()

print ('total open port is %s, multi_thread scan used time is: %f ' % (openPortNum, time.time()-t))

有延时的情况下，单线程与多线程的扫描时间分别为：



单线程51.9s，多线程1.3s，多线程的优势就体现出来了。

总结一下，Python多线程对于IO密集型任务有正面效果，对于CPU密集型任务反而效率更低，主要就是因为GIL的存在。

如何减少GIL的影响呢？可以通过使用多进程代替多线程、CPU计算密集型任务使用C模块或其他语言、换成JPython等其他解释器等方法。