Python 协程总结

Python 协程总结

理解

协程,又称为微线程,看上去像是子程序,但是它和子程序又不太一样,它在执行的过程中,可以在中断当前的子程序后去执行别的子程序,再返回来执行之前的子程序,但是它的相关信息还是之前的。

优点:

  1. 极高的执行效率,因为子程序切换而不是线程切换,没有了线程切换的开销;
  2. 不需要多线程的锁机制,因为只有一个线程在执行;

如果要充分利用CPU多核,可以通过使用多进程+协程的方式

使用

打开asyncio的源代码,可以发现asyncio中的需要用到的文件如下:

Python 协程总结

下面的则是接下来要总结的文件

文件 解释
base_events 基础的事件,提供了BaseEventLoop事件
coroutines 提供了封装成协程的类
events 提供了事件的抽象类,比如BaseEventLoop继承了AbstractEventLoop
futures 提供了Future类
tasks 提供了Task类和相关的方法

coroutines

函数 解释
coroutine(func) 为函数加上装饰器
iscoroutinefunction(func) 判断函数是否使用了装饰器
iscoroutine(obj) 判断该对象是否是装饰器

如果在函数使用了coroutine装饰器,就可以通过yield from去调用async def声明的函数,如果已经使用async def声明,就没有必要再使用装饰器了,这两个功能是一样的。

import asyncio
@asyncio.coroutine
def hello_world():
print("Hello World!")
async def hello_world2():
print("Hello World2!")
print('------hello_world------')
print(asyncio.iscoroutinefunction(hello_world))
print('------hello_world2------')
print(asyncio.iscoroutinefunction(hello_world2))
print('------event loop------')
loop = asyncio.get_event_loop()
# 一直阻塞该函数调用到函数返回
loop.run_until_complete(hello_world())
loop.run_until_complete(hello_world2())
loop.close()

上面的代码分别使用到了coroutine装饰器和async def,其运行结果如下:

------hello_world------True------hello_world2------True------event loop------Hello World!Hello World2!

注意:不可以直接调用协程,需要一个event loop去调用。

如果想要在一个函数中去得到另外一个函数的结果,可以使用yield from或者await,例子如下:

import asyncio
async def compute(x, y):
print("Compute %s + %s ..." % (x, y))
await asyncio.sleep(1.0)
return x + y
async def print_sum(x, y):
result = await compute(x, y)
print("%s + %s = %s" % (x, y, result))
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(print_sum(1, 2))
loop.close()

函数print_sum会一直等到函数compute返回结果,执行过程如下:

Python 协程总结

base_events

这个文件里面漏出来的只有BaseEventLoop一个类,它的相关方法如下:

函数 解释
create_future() 创建一个future对象并且绑定到事件上
create_task() 创建一个任务
run_forever() 除非调用stop,否则事件会一直运行下去
run_until_complete(future) 直到future对象执行完毕,事件才停止
stop() 停止事件
close() 关闭事件
is_closed() 判断事件是否关闭
time() 返回事件运行时的时间
call_later(delay, callback, *args) 设置一个回调函数,并且可以设置延迟的时间
call_at(when, callback, *args) 同上,但是设置的是绝对时间
call_soon(callback, *args) 马上调用

events

函数 解释
get_event_loop() 返回一个异步的事件
... ...

返回的就是BaseEventLoop的对象。

future

Future类的相关方法如下:

方法 解释
cancel() 取消掉future对象
cancelled() 返回是否已经取消掉
done() 如果future已经完成则返回true
result() 返回future执行的结果
exception() 返回在future中设置了的exception
add_done_callback(fn) 当future执行时执行回调函数
remove_done_callback(fn) 删除future的所有回调函数
set_result(result) 设置future的结果
set_exception(exception) 设置future的异常

设置future的例子如下:

import asyncio
async def slow_operation(future):
await asyncio.sleep(1) # 睡眠
future.set_result('Future is done!') # future设置结果
loop = asyncio.get_event_loop()
future = asyncio.Future() # 创建future对象
asyncio.ensure_future(slow_operation(future)) # 创建任务
loop.run_until_complete(future) # 阻塞直到future执行完才停止事件
print(future.result())
loop.close()

run_until_complete方法在内部通过调用了future的add_done_callback,当执行future完毕的时候,就会通知事件。

下面这个例子则是通过使用future的add_done_callback方法实现和上面例子一样的效果:

import asyncio
async def slow_operation(future):
await asyncio.sleep(1)
future.set_result('Future is done!')
def got_result(future):
print(future.result())
loop.stop() # 关闭事件
loop = asyncio.get_event_loop()
future = asyncio.Future()
asyncio.ensure_future(slow_operation(future))
future.add_done_callback(got_result) # future执行完毕就执行该回调
try:
loop.run_forever()
finally:
loop.close()

一旦slow_operation函数执行完毕的时候,就会去执行got_result函数,里面则调用了关闭事件,所以不用担心事件会一直执行。

task

Task类是Future的一个子类,也就是Future中的方法,task都可以使用,类方法如下:

方法 解释
current_task(loop=None) 返回指定事件中的任务,如果没有指定,则默认当前事件
all_tasks(loop=None) 返回指定事件中的所有任务
cancel() 取消任务

并行执行三个任务的例子:

import asyncio
async def factorial(name, number):
f = 1
for i in range(2, number+1):
print("Task %s: Compute factorial(%s)..." % (name, i))
await asyncio.sleep(1)
f *= i
print("Task %s: factorial(%s) = %s" % (name, number, f))
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.gather(
factorial("A", 2),
factorial("B", 3),
factorial("C", 4),
))
loop.close()

执行结果为

Task A: Compute factorial(2)...Task B: Compute factorial(2)...Task C: Compute factorial(2)...Task A: factorial(2) = 2Task B: Compute factorial(3)...Task C: Compute factorial(3)...Task B: factorial(3) = 6Task C: Compute factorial(4)...Task C: factorial(4) = 24

可以发现,ABC同时执行,直到future执行完毕才退出。

下面一些方法是和task相关的方法

方法 解释
as_completed(fs, *, loop=None, timeout=None) 返回是协程的迭代器
ensure_future(coro_or_future, *, loop=None) 调度执行一个 coroutine object:并且它封装成future。返回任务对象
async(coro_or_future, *, loop=None) 丢弃的方法,推荐使用ensure_future
wrap_future(future, *, loop=None) Wrap a concurrent.futures.Future object in a Future object.
gather(*coros_or_futures, loop=None, return_exceptions=False) 从给定的协程或者future对象数组中返回future汇总的结果
sleep(delay, result=None, *, loop=None) 创建一个在给定时间(以秒为单位)后完成的协程
shield(arg, *, loop=None) 等待future,屏蔽future被取消
wait(futures, *, loop=None, timeout=None, return_when=ALL_COMPLETED) 等待由序列futures给出的Futures和协程对象完成。协程将被包裹在任务中。返回含两个集合的Future:(done,pending)
wait_for(fut, timeout, *, loop=None) 等待单个Future或coroutine object完成超时。如果超时为None,则阻止直到future完成

参考文章

官方文档

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