简介
这个由三部分组成的系列文章的第 1 部分介绍了在 Python 中使用 Pyomo 库进行线性优化的 基础知识。现在我们将介绍如何扩展它。Python 缺乏真实的操作系统线程，该如何扩展它？本文将向您介绍 如何组合使用这些技术来创建一个实际的可扩展基础架构，该架构可用于构建一个 Pyomo Web 解决方案。我 们组合使用了一个单线程事件循环、一个 AMQP 服务器和工作线程流程来创建一个模式，利用该模式扩展一个 线性优化系统。该基础架构也适用于 Python 或 Ruby 中的许多通用计算问题。
扩展
使用 Python 这类脚本语言创建可扩展、可并行运行的代码所面临的挑战不同于 C, C++ or Java 编程语言。两个 重要因素是执行速度和线程建模。复杂一点来说，Amdahl 定律显示，程序的加速与计算机上的可用处理器数 量并不是严格成正比的。代码并行部分的比例性最终受限于程序连续部分所需的时间。
考虑该问题的 一个直观方法是将该问题想象成为一个事件循环，事件循环的每个滴答 (tick) 需要占用 1 秒的 CPU 时间。 在事件循环内部，如果您试着调试就会发现 75% 的时间花在了 time.sleep (.75) 命令上，余下的时间都花 在做这项工作上。因为这个一秒事件循环的 75% 的时间花费在休眠上，让部分运行循环可以并行运行是不可 能的。在这一秒时间中，惟一可以运行得更快的是这 25% 没有休眠的部分。在这 .25 秒的事件循环中，无论 处理器运行得多快或有多少台处理器被抛出，总是需要 .75 秒以上的时间来优化 “可并行” 代码。
即使采用了 Amdahl 定律，原则上，添加更多的线程不会让 Python 代码的并行部分瘫痪。尽管这类策略在 C# 和 Java 这类语言中非常适用，但在 Python 中却略微有些复杂。在 Python 中，如果一部分代码可以并 行化，但这部分代码承担了 CPU 的工作，那么因为 Global Interpreter Lock (GIL) 的缘故，线程不会提供 任何优化方面的帮助。
最后一个比较复杂的地方是，如果编写了一个 Web 应用程序，该程序使用 Tornado 这类事件驱动基础架构执行线性优化，那么必须将一些特殊想法融入到设计中。如果事件循环遭到阻 塞而无法执行 CPU 工作或者阻塞网络操作，那么该设计可以安全地调用 迭代服务器。W. Richard Stevens 在 Unix Network Programming 一书中介绍了两种服务器：
迭代服务器：无法处理挂起客户端，直至当前客户端服务彻底结束。
并发服务器：通常为每个请求生成一个子进程。
如果没有经过慎重考虑，事件循环服务器（Ruby 的 Event Machine 和 Python 的 Tornado）很快就会变 成一个迭代服务器。在现实世界中，迭代服务器就是一个玩具，必须不惜一切代价加以避免。
事件循 环编程
对于一个事件循环，执行一个线性优化算法的 CPU 密集型工作将锁定客户后面发出的所有请求 ，直至第一个请求的工作进程完成。在许多情况下，这不是最佳做法，因为可以使用服务器上的其他内核完成 其他 CPU 密集型工作。很容易出现的一种境况是：在一个服务器的 24 个内核中，其中有 23 个无所事事， 而 CPU 密集型请求却开始形成一个指数队列。同样地，事件循环中如果出现堵塞网络的操作，那么可能是出 现了更糟的情况——24 个内核都处于闲置状态，而请求却开始排队等候。
使用一个事件循环基础架构 的技巧是确保两件事：
所有网络操作必须以非阻塞方式完成，要么在单独的线程或进程中，要么使用 I/O 多路技术（比如选择和 轮讯），要么使用 POSIX aio_ 函数的异步 I/O。
在事件循环中，应最大程度地减少 CPU 或网络操作，因为这会阻塞事件循环。
简言之，如果使用它作为一个 Web 站点，就不要出现阻塞事件循环的情况。应该采取其他措施来让 CPU 完成其他的工作。在 Python 中，一个策略是同步地接收消息，然后将任务负载转移到订阅 Advanced Message Queueing Protocol (AMQP) 消息总线（比如，RabbitMQ）的一系列工作线程中。这就是本文将要介 绍的策略。异步事件循环服务器的最佳平衡点是处理许多并发、长时间运行的套接字连接。一个真实实例是从 一个网络连接（比如收集股票数据的套接字）将数据发送到另一个连接（比如 WebSockets 连接）。
创建一个 Tornado web 应用程序来分发 Pyomo 应用程序
该示例使用了几种不同技术：
Tornado是一个开源、可扩展、无阻塞 Web 服务器。它可以充当异步消息传递系统。
Pyomo服务在每个请求上运行的线性优化任务。
RabbitMQ 可以充当层之间的消息总线。
要搭建环境和运行该实例，需要在 OS X 上安装以下组件。
使用 HomeBrew 安装 RabbitMQ。
Pyomo
Pika，一个 RabbitMQ Python 客户端。
Tornado，一个异步 Web 服务器。使用 easy_install 安装。