简介
- 没有切换开销。因为子程序切换不是线程切换,而是由程序自身控制,没有线程切换的开销,因此执行效率高,
- 不需要锁机制。因为只有一个线程,也不存在同时写变量冲突,在协程中控制共享资源不加锁,只需要判断状态就好了,所以执行效率比多线程高很多
Python对协程的支持还非常有限,用在generator中的yield可以一定程度上实现协程。
yield
传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息,一个线程取消息,通过锁机制控制队列和等待,但一不小心就可能死锁。
如果改用协程,生产者生产消息后,直接通过yield跳转到消费者开始执行,待消费者执行完毕后,切换回生产者继续生产,效率极高
代码
import time def consumer():
r = ''
while True:
n = yield r
if not n:
return
print('[CONSUMER] Consuming %s....' % n)
r = '200 OK' def produce(c):
c.next()
n = 0
while n < 5:
n = n + 1
print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
r = c.send(n)
print('[PRODUCER] Consumer return: %s\n' % r)
c.close() if __name__=='__main__':
c = consumer()
produce(c)
结果
[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1....
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2....
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3....
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4....
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5....
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
分析
- 首先调用c.next()启动生成器
- 然后,一旦生产了东西,通过c.send(n)切换到consumer执行
- consumer通过yield拿到消息,处理,又通过yield把结果传回
- produce拿到consumer处理的结果,继续生产下一条消息
整个过程无锁,由一个线程执行,producer和consumer写作完成任务,所以叫做协程
gevent
Python通过yield
提供了对协程的基本支持,但是不完全。而第三方的gevent为Python提供了比较完善的协程支持
gevent是第三方库,通过greenlet实现协程,其基本思想是:
当一个greenlet遇到IO操作时(比如访问网络),就自动切换到其他的greenlet,等到IO操作完成,再在适当的时候切换回来继续执行。由于IO操作非常耗时,经常使程序处于等待状态,有了gevent为我们自动切换协程,就保证总有greenlet在运行,而不是等待IO。
import gevent def f(n):
for i in range(n):
print gevent.getcurrent(), i g1 = gevent.spawn(f, 5)
g2 = gevent.spawn(f, 5)
g3 = gevent.spawn(f, 5) g1.join()
g2.join()
g3.join()
结果
<Greenlet at 0x7f7216efbe10: f(5)> 0
<Greenlet at 0x7f7216efbe10: f(5)> 1
<Greenlet at 0x7f7216efbe10: f(5)> 2
<Greenlet at 0x7f7216efbe10: f(5)> 3
<Greenlet at 0x7f7216efbe10: f(5)> 4
<Greenlet at 0x7f720f54e0f0: f(5)> 0
<Greenlet at 0x7f720f54e0f0: f(5)> 1
<Greenlet at 0x7f720f54e0f0: f(5)> 2
<Greenlet at 0x7f720f54e0f0: f(5)> 3
<Greenlet at 0x7f720f54e0f0: f(5)> 4
<Greenlet at 0x7f720f54e190: f(5)> 0
<Greenlet at 0x7f720f54e190: f(5)> 1
<Greenlet at 0x7f720f54e190: f(5)> 2
<Greenlet at 0x7f720f54e190: f(5)> 3
<Greenlet at 0x7f720f54e190: f(5)> 4
可以看出3个greenlet依次运行,而不是交替运行
要让greenlet交替运行,可以通过gevent.sleep()
交出控制权
import gevent def f(n):
for i in range(n):
print gevent.getcurrent(), i
gevent.sleep(1) g1 = gevent.spawn(f, 3)
g2 = gevent.spawn(f, 3)
g3 = gevent.spawn(f, 3) g1.join()
g2.join()
g3.join()
结果
<Greenlet at 0x7f74e2179e10: f(3)> 0
<Greenlet at 0x7f74da7cb0f0: f(3)> 0
<Greenlet at 0x7f74da7cb190: f(3)> 0
<Greenlet at 0x7f74e2179e10: f(3)> 1
<Greenlet at 0x7f74da7cb0f0: f(3)> 1
<Greenlet at 0x7f74da7cb190: f(3)> 1
<Greenlet at 0x7f74e2179e10: f(3)> 2
<Greenlet at 0x7f74da7cb0f0: f(3)> 2
<Greenlet at 0x7f74da7cb190: f(3)> 2
可以看出3个greenlet是交替执行
如果把循环改为1000,让执行次数执行时间长些,查看进程,可以看到线程只有一个。
当然,实际代码中,不可能用gevent.sleep()去切换协程,而是在执行IO操作是,gevent自动切换,参考代码如下
import gevent
from gevent import monkey; monkey.patch_all()
import urllib2 def f(url):
print 'GET: %s' % url
resp = urllib2.urlopen(url)
data = resp.read()
print '[%d] bytes received from %s\n' %(len(data), url) gevent.joinall([
gevent.spawn(f, 'http://www.cnblogs.com/kaituorensheng/'),
gevent.spawn(f, 'https://www.python.org/'),
gevent.spawn(f, 'https://www.baidu.com'),
])
执行结果
GET: http://www.cnblogs.com/kaituorensheng/
GET: https://www.python.org/
GET: https://www.baidu.com
[227] bytes received from https://www.baidu.com [14667] bytes received from http://www.cnblogs.com/kaituorensheng/ [47348] bytes received from https://www.python.org/
可以看到3个url结束顺序并不是依次执行完的。
注
使用gevent,可以获得极高的并发性能,但gevent只能在Unix/Linux下运行,在Windows下不保证正常安装和运行。
由于gevent是基于IO切换的协程,所以最神奇的是,我们编写的Web App代码,不需要引入gevent的包,也不需要改任何代码,仅仅在部署的时候,用一个支持gevent的WSGI服务器,立刻就获得了数倍的性能提升。