Python - 协程

2024-03-19 13:05:46

一、简介

协程是单线程下的并发，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是协程：协程是一种用户态的轻量级线程，即协程是由用户程序自己控制调度的。

需要强调的是：

# 1.python的线程属于内核级别的，即由操作系统控制调度（如单线程遇到io或执行时间过长就会*交出cup执行权限，切换其它线程运行）
# 2.单线程内开户协程，一旦遇到io，就会从应用程序级别（而非操作系统）控制切换，以此来提升效率（非io操作的切换与效率无关）

对比操作系统控制线程的切换，用户在单线程内控制协程的切换

优点如下：

# 1.协程的切换开销更小，属于程序级别的切换，操作系统完全感知不到，因而更加轻量级
# 2.单线程内就可以实现并发的效果，最大限度地利用cpu

缺点如下：

# 1.协程的本质是单线程，无法利用多核，可以是一个程序开启多个进程，每个进程内开启多个线程，每个线程内开启协程
# 2.协程指的是单线程，因而一旦协程出现阻塞，将会阻塞整个线程

总结协程特点：

         1.必须在只有一个单线程里实现并发

         2.修改共享数据不需要加锁

         3.用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈

附加：一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程（如何实现检测IO，yield，greenlet都无法实现，就用到了gevent模块（select机制））

二、Greenlet

如果我们在单个线程内有20个任务，要想实现在多个任务之间切换，使用yield生成器的方式过于麻烦（需要先得到初始化一次的生成器，如果再调用send...非常麻烦），而使用greenlet模块可以非常简单地实现这20个任务直接的切换

安装：pip install greenlet

#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# Author   : mayi
# Blog     : http://www.cnblogs.com/mayi0312/
# Date     : 2019/6/3
# Software : PyCharm

from greenlet import greenlet

def eat(name):
    print('%s eat 1' % name)
    g2.switch('egon')
    print('%s eat 2' % name)
    g2.switch()

def play(name):
    print('%s play 1' % name)
    g1.switch()
    print('%s play 2' % name)


g1 = greenlet(eat)
g2 = greenlet(play)

g1.switch('egon')  # 可以在第一次switch时传入参数，以后都不需要

单纯的切换（在没有io的情况下或者没有重复开辟内存空间的操作），反而会降低程序的执行速度

#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# Author   : mayi
# Blog     : http://www.cnblogs.com/mayi0312/
# Date     : 2019/6/3
# Software : PyCharm

# 顺序执行
import time


def f1():
    res = 1
    for i in range(100000000):
        res += i


def f2():
    res = 1
    for i in range(100000000):
        res *= i


start = time.time()
f1()
f2()
stop = time.time()
print('run time is %s' % (stop - start))  # 15.185868501663208

print("------------------------------------------------")

# 切换
from greenlet import greenlet
import time


def f1():
    res = 1
    for i in range(100000000):
        res += i
        g2.switch()


def f2():
    res = 1
    for i in range(100000000):
        res *= i
        g1.switch()


start = time.time()
g1 = greenlet(f1)
g2 = greenlet(f2)
g1.switch()
stop = time.time()
print('run time is %s' % (stop - start))  # 64.25667524337769

greenlet只是提供了一种比generator更加便捷的切换方式，当一个任务执行时如果遇到io，那就原地阻塞，仍然是没有解决遇到io自动切换来提升效率的问题。

单线程里的这20个任务的代码通常会既有计算操作又有阻塞操作，我们完全可以在执行任务1时遇到阻塞，就利用阻塞的时间去执行任务2...如此，才能提高效率，这就用到了Gevent模块。

三、Gevent模块

安装：pip install gevent

Gevent是一个第三方库，可以轻松通过gevent实现并发同步或异步编程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet，这是以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，但它们被协作式的调度。

#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# Author   : mayi
# Blog     : http://www.cnblogs.com/mayi0312/
# Date     : 2019/6/3
# Software : PyCharm

import gevent


def eat(name):
    print('%s eat 1' % name)
    gevent.sleep(2)
    print('%s eat 2' % name)


def play(name):
    print('%s play 1' % name)
    gevent.sleep(1)
    print('%s play 2' % name)


g1 = gevent.spawn(eat, 'egon')
g2 = gevent.spawn(play, name='egon')
g1.join()
g2.join()
# 或者gevent.joinall([g1, g2])
print('主')

遇到io阻塞时会自动切换任务

上例gevent.sleep(2)模拟的是gevent可以识别的阻塞，而time.sleep(2)或其它的阻塞，gevent是不能直接识别的，需要用下面一行代码，打补丁才可以识别

from gevent import monkey;monkey.patch_all()必须放到被打补丁者的前面，如time，socke模块导入之前，或者干脆记忆成：要用gevent，需要将from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的开头

#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# Author   : mayi
# Blog     : http://www.cnblogs.com/mayi0312/
# Date     : 2019/6/3
# Software : PyCharm

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import time


def eat():
    print('eat food 1')
    time.sleep(2)
    print('eat food 2')


def play():
    print('play 1')
    time.sleep(1)
    print('play 2')


g1 = gevent.spawn(eat)
g2 = gevent.spawn(play)
gevent.joinall([g1, g2])
print('主')

四、Gevent之同步与异步

#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# Author   : mayi
# Blog     : http://www.cnblogs.com/mayi0312/
# Date     : 2019/6/3
# Software : PyCharm

from gevent import spawn, joinall, monkey;monkey.patch_all()
import time


def task(pid):
    """
    Some non-deterministic task
    """
    time.sleep(0.5)
    print('Task %s done' % pid)


def synchronous():
    for i in range(10):
        task(i)


def asynchronous():
    g_l = [spawn(task, i) for i in range(10)]
    joinall(g_l)


if __name__ == '__main__':
    print('Synchronous:')
    synchronous()

    print('Asynchronous:')
    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。

五、Gevent之应用举例

#! /usr/bin/env python3
# -*- coding:utf-8 -*-

# Author   : mayi
# Blog     : http://www.cnblogs.com/mayi0312/
# Date     : 2019/6/3
# Software : PyCharm
# Note     : 协程应用：爬虫

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import requests
import time


def get_page(url):
    print('GET: %s' % url)
    response = requests.get(url)
    if response.status_code == 200:
        print('%d bytes received from %s' % (len(response.text), url))


start_time = time.time()
gevent.joinall([
    gevent.spawn(get_page, 'https://www.python.org/'),
    gevent.spawn(get_page, 'https://www.yahoo.com/'),
    gevent.spawn(get_page, 'https://github.com/'),
])
stop_time = time.time()
print('run time is %s' % (stop_time - start_time))

 

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