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协程及Python中的协程解析
2018-06-13 11:58:51      个评论    来源:qq_38839677的博客  
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协程及Python中的协程解析。

1 协程

1.1协程的概念

协程,又称微线程,纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程:协程是一种用户态的轻量级线程。(其实并没有说明白~)

我觉得单说协程,比较抽象,如果对线程有一定了解的话,应该就比较好理解了。

那么这么来理解协程比较容易:

线程是系统级别的,它们是由操作系统调度;协程是程序级别的,由程序员根据需要自己调度。我们把一个线程中的一个个函数叫做子程序,那么子程序在执行过程中可以中断去执行别的子程序;别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序,这就是协程。也就是说同一线程下的一段代码<1>执行着执行着就可以中断,然后跳去执行另一段代码,当再次回来执行代码块<1>的时候,接着从之前中断的地方开始执行。

比较专业的理解是:

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此:协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态,换种说法:进入上一次离开时所处逻辑流的位置。

1.2 协程的优缺点

协程的优点:

(1)无需线程上下文切换的开销,协程避免了无意义的调度,由此可以提高性能(但也因此,程序员必须自己承担调度的责任,同时,协程也失去了标准线程使用多CPU的能力)

(2)无需原子操作锁定及同步的开销

(3)方便切换控制流,简化编程模型

(4)高并发+高扩展性+低成本:一个CPU支持上万的协程都不是问题。所以很适合用于高并发处理。

协程的缺点:

(1)无法利用多核资源:协程的本质是个单线程,它不能同时将 单个CPU 的多个核用上,协程需要和进程配合才能运行在多CPU上.当然我们日常所编写的绝大部分应用都没有这个必要,除非是cpu密集型应用。

(2)进行阻塞(Blocking)操作(如IO时)会阻塞掉整个程序

2 Python中如何实现协程

2.1 yield实现协程  

前文所述“子程序(函数)在执行过程中可以中断去执行别的子程序;别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序”,那么很容易想到Python的yield,显然yield是可以实现这种切换的。

使用yield实现协程操作例子:

 1 #! /usr/bin/env python
 2 # -*- coding:utf-8 -*-
 3 # Author: "Zing-p"
 4 # Date: 2017/5/12
 5 
 6 
 7 def consumer(name):
 8  print("要开始啃骨头了...")
 9  while True:
10print("\033[31;1m[consumer] %s\033[0m " % name)
11bone = yield
12print("[%s] 正在啃骨头 %s" % (name, bone))
13 
14 
15 def producer(obj1, obj2):
16  obj1.send(None) # 启动obj1这个生成器,第一次必须用None  <==> obj1.__next__()
17  obj2.send(None) # 启动obj2这个生成器,第一次必须用None  <==> obj2.__next__()
18  n = 0
19  while n < 5:
20n += 1
21print("\033[32;1m[producer]\033[0m 正在生产骨头 %s" % n)
22obj1.send(n)
23obj2.send(n)
24 
25 
26 if __name__ == '__main__':
27  con1 = consumer("消费者A")
28  con2 = consumer("消费者B")
29  producer(con1, con2)

运行的结果:

\

2.2greenlet实现协程

Python的 greenlet就相当于手动切换,去执行别的子程序,在“别的子程序”中又主动切换回来。。。

greenlet协程例子:
 1 #! /usr/bin/env python
 2 # -*- coding:utf-8 -*-
 3 
 4 from greenlet import greenlet
 5 # greenlet 其实就是手动切换;gevent是对greenlet的封装,可以实现自动切换
 6 
 7 def test1():
 8  print("123")
 9  gr2.switch()# 切换去执行test2
10  print("456")
11  gr2.switch()# 切换回test2之前执行到的位置,接着执行
12 
13 def test2(): 
14  print("789")
15  gr1.switch()# 切换回test1之前执行到的位置,接着执行
16  print("666")
17 
18 
19 gr1 = greenlet(test1)# 启动一个协程 注意test1不要加()
20 gr2 = greenlet(test2)#
21 gr1.switch()

2.3 gevent 实现协程

Gevent 是一个第三方库,可以轻松通过gevent实现协程程,在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C扩展模块形式接入Python的轻量级协程。 Greenlet全部运行在主程序操作系统进程的内部,但它们被协作式地调度。

gevent会主动识别程序内部的IO操作,当子程序遇到IO后,切换到别的子程序。如果所有的子程序都进入IO,则阻塞。

协程之gevent例子:

 1 #! /usr/bin/env python3
 2 # -*- coding:utf-8 -*-
 3 
 4 import gevent
 5 
 6 def func1():
 7  print("func1 running")
 8  gevent.sleep(2) # 内部函数实现io操作
 9  print("switch func1")
10 
11 def func2():
12  print("func2 running")
13  gevent.sleep(1)
14  print("switch func2")
15 
16 def func3():
17  print("func3  running")
18  gevent.sleep(0)
19  print("func3 done..")
20 
21 gevent.joinall([gevent.spawn(func1),
22  gevent.spawn(func2),
23  gevent.spawn(func3),
24  ])

同步与异步性能区别:

 1 import gevent
 2  
 3 def task(pid):
 4  """
 5  Some non-deterministic task
 6  """
 7  gevent.sleep(0.5)
 8  print('Task %s done' % pid)
 9  
10 def synchronous():
11  for i in range(1,10):
12task(i)
13  
14 def asynchronous():
15  threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)]
16  gevent.joinall(threads)
17  
18 print('Synchronous:')
19 synchronous()
20  
21 print('Asynchronous:')
22 asynchronous()

上面程序的重要部分是将task函数封装到greenlet内部线程的gevent.spawn。 初始化的greenlet列表存放在数组threads中,此数组被传给gevent.joinall函数,后者阻塞当前流程,并执行所有给定的greenlet。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。

遇到Io阻塞时会切换任务之【爬虫版】

 1 #! /usr/bin/env python3
 2 # -*- coding:utf-8 -*-
 3 
 4 from urllib import request
 5 import gevent,time
 6 from gevent import monkey
 7 
 8 monkey.patch_all() # 把当前程序中的所有io操作都做上标记
 9 
10 def spider(url):
11  print("GET:%s" % url)
12  resp = request.urlopen(url)
13  data = resp.read()
14  print("%s bytes received from %s.." % (len(data), url))
15 
16 urls = [
17  "https://www.python.org/",
18  "https://www.yahoo.com/",
19  "https://github.com/"
20 ]
21 
22 start_time = time.time()
23 for url in urls:
24  spider(url)
25 print("同步耗时:",time.time() - start_time)
26 
27 async_time_start = time.time()
28 gevent.joinall([
29  gevent.spawn(spider,"https://www.python.org/"),
30  gevent.spawn(spider,"https://www.yahoo.com/"),
31  gevent.spawn(spider,"https://github.com/"),
32 ])
33 print("异步耗时:",time.time() - async_time_start)
34 
35 # 最好爬国外网站吧

通过gevent实现【单线程】下的多socket并发

server端:

 1 import sys
 2 import socket
 3 import time
 4 import gevent
 5  
 6 from gevent import socket,monkey
 7 monkey.patch_all()
 8  
10 def server(port):
11  s = socket.socket()
12  s.bind(('0.0.0.0', port))
13  s.listen(500)
14  while True:
15cli, addr = s.accept()
16gevent.spawn(handle_request, cli)
17  
19 def handle_request(conn):
20  try:
21while True:
22 data = conn.recv(1024)
23 print("recv:", data)
24 conn.send(data)
25 if not data:
26  conn.shutdown(socket.SHUT_WR)
27  
28  except Exception as  ex:
29print(ex)
30  finally:
31conn.close()
32 if __name__ == '__main__':
33  server(9999)

client端:

 1 import socket
 2  
 3 HOST = 'localhost' # The remote host
 4 PORT = 9999# The same port as used by the server
 5 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 6 s.connect((HOST, PORT))
 7 while True:
 8  msg = bytes(input(">>:"),encoding="utf8")
 9  s.sendall(msg)
10  data = s.recv(1024)
11  #print(data)
12  
13  print('Received', repr(data))
14 s.close()
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