Pythonで並行処理を極める：subprocess.STARTUPINFOを超えた方法

Python で並行処理を実行する場合、subprocess モジュールが一般的に使用されます。このモジュールには、Popen クラスがあり、新しいプロセスでプログラムを実行するための機能を提供します。Popen オブジェクトを作成するには、subprocess.STARTUPINFO オブジェクトを渡すことができます。このオブジェクトは、新しいプロセスの開始方法を制御するためのオプションを設定するために使用されます。

subprocess.STARTUPINFO の役割

subprocess.STARTUPINFO オブジェクトは、以下の設定を制御するために使用されます。

作成されるプロセスの属性
新しいプロセスの作成方法を制御する属性を設定します。例えば、dwFlags 属性を使用して、新しいプロセスをデバッガにアタッチしたり、新しいコンソールウィンドウを作成したりすることができます。
標準入力、標準出力、標準エラーのハンドル
新しいプロセスの標準入出力ストリームを既存のファイルやパイプにリダイレクトします。
プロセスのカレントディレクトリ
新しいプロセスが開始されるときにカレントディレクトリを設定します。

Concurrent Execution における subprocess.STARTUPINFO の活用

subprocess.STARTUPINFO は、以下の方法で並行処理を容易にするために使用できます。

プログラムの実行方法を制御する
複数のプログラムをデバッガでデバッグする必要がある場合、または新しいコンソールウィンドウで実行する必要がある場合、STARTUPINFO オブジェクトの dwFlags 属性を使用して、各プログラムの実行方法を制御することができます。
プログラムの入出力を制御する
複数のプログラムの入出力をパイプを使用して接続する必要がある場合、STARTUPINFO オブジェクトの stdin, stdout, stderr 属性を使用して、各プログラムの入出力ストリームを適切なパイプにリダイレクトすることができます。
異なるカレントディレクトリでプログラムを実行する
複数のプログラムをそれぞれ異なるカレントディレクトリで実行する必要がある場合、STARTUPINFO オブジェクトの cwd 属性を使用して各プログラムのカレントディレクトリを設定することができます。

例

以下のコード例では、subprocess.STARTUPINFO を使用して、2 つのプログラムを並行して実行する方法を示します。最初のプログラムは calc.exe であり、2 番目のプログラムは notepad.exe です。calc.exe の出力は notepad.exe の入力にリダイレクトされます。

import subprocess

# Create STARTUPINFO objects for each process
startupinfo1 = subprocess.STARTUPINFO()
startupinfo2 = subprocess.STARTUPINFO()

# Set STDIN for notepad.exe to the STDOUT of calc.exe
startupinfo2.dwFlags |= subprocess.STARTUPINFO_USESTDIN
startupinfo2.hStdInput = startupinfo1.hStdOutput

# Create the processes
process1 = subprocess.Popen(["calc.exe"], stdout=subprocess.PIPE, startupinfo=startupinfo1)
process2 = subprocess.Popen(["notepad.exe"], stdin=process1.stdout, startupinfo=startupinfo2)

# Wait for both processes to finish
process1.wait()
process2.wait()

import subprocess

# Create STARTUPINFO objects for each process
startupinfo1 = subprocess.STARTUPINFO()
startupinfo2 = subprocess.STARTUPINFO()

# Set STDIN for notepad.exe to the STDOUT of calc.exe
startupinfo2.dwFlags |= subprocess.STARTUPINFO_USESTDIN
startupinfo2.hStdInput = startupinfo1.hStdOutput

# Create the processes
process1 = subprocess.Popen(["calc.exe"], stdout=subprocess.PIPE, startupinfo=startupinfo1)
process2 = subprocess.Popen(["notepad.exe"], stdin=process1.stdout, startupinfo=startupinfo2)

# Wait for both processes to finish
process1.wait()
process2.wait()

説明

このコードは以下の処理を実行します。

subprocess.STARTUPINFO オブジェクトを 2 つ作成します。1 つは calc.exe 用、もう 1 つは notepad.exe 用です。
notepad.exe の STDIN を calc.exe の STDOUT に設定します。これにより、calc.exe の出力は notepad.exe の入力として送信されます。
calc.exe と notepad.exe をそれぞれ新しいプロセスとして作成します。
calc.exe プロセスと notepad.exe プロセスの完了を待ちます。

このコード例は、subprocess.STARTUPINFO を使用してプログラムの入出力を制御し、並行処理を実行する方法を示しています。

複数のプログラムを並行実行するには、このコード例をループ内で使用することができます。
このコード例は、Windows でのみ動作します。

シェルコマンドを使用する

シェルコマンドを使用して新しいプロセスを作成すると、subprocess.STARTUPINFO で提供される多くの機能と同じ機能にアクセスできます。さらに、シェルコマンドはより移植性が高く、Windows 以外のオペレーティングシステムでも使用できます。

import subprocess

# シェルコマンドを使用して calc.exe を実行
subprocess.Popen(["calc.exe"], shell=True)

# シェルコマンドを使用して notepad.exe を実行し、calc.exe の出力を入力として渡す
subprocess.Popen(["notepad.exe"], stdin=subprocess.PIPE, input=calc_output, shell=True)

os.spawn系の関数を使用する

os.spawn 関数ファミリは、subprocess.Popen と同様の機能を提供しますが、subprocess.STARTUPINFO をサポートしていません。ただし、これらの関数はより軽量で、単純なユースケースに適している場合があります。

import os

# os.spawnを使用して calc.exe を実行
os.spawn(["calc.exe"])

# os.spawnを使用して notepad.exe を実行し、calc.exe の出力を入力として渡す
calc_output = os.popen("calc.exe").read()
os.popen(["notepad.exe"], stdin=subprocess.PIPE, input=calc_output)

カスタム C 関数を呼び出す

高度な制御が必要な場合は、CreateProcess などの Win32 API 関数を直接呼び出すカスタム C 関数を作成することができます。これは複雑な方法ですが、subprocess.STARTUPINFO で利用できないオプションを提供します。

サードパーティ製ライブラリを使用する

multiprocessing や concurrent.futures などのサードパーティ製ライブラリは、より高度な並行処理機能を提供します。これらのライブラリは、subprocess.STARTUPINFO を必要とせず、より複雑なワークフローを処理することができます。

最適な代替方法の選択

使用する代替方法は、特定のニーズと要件によって異なります。

複雑なワークフローを処理する必要がある場合
サードパーティ製ライブラリを使用します。
高度な制御が必要な場合
カスタム C 関数を作成します。
軽量なソリューションが必要な場合
os.spawn 関数を使用します。
シンプルで移植性の高いソリューションが必要な場合
シェルコマンドを使用します。

代替手段	利点	欠点
シェルコマンド	移植性が高い、シンプル	詳細な制御が制限される
os.spawn関数	軽量、シンプル	詳細な制御が制限される、Windowsのみ
カスタム C 関数	高度な制御が可能	複雑、習得に時間がかかる
サードパーティ製ライブラリ	複雑なワークフローに適している、高度な機能を提供	セットアップと学習が必要