Python 协程 (Coroutine)

协程 (Coroutine)

什么是协程

协程（微线程）是比线程更轻量化的存在，像一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程

最重要的是，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制

如何判断

• 必须在只有一个单线程里实现并发
• 修改共享数据不需加锁
• 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
• 一个协程遇到 IO 操作自动切换到其它协程

协程的好处：

1. 无需线程上下文切换的开销
2. 无需原子操作锁定及同步的开销
   
   "原子操作(atomic operation)是不需要synchronized"，所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序是不可以被打乱，或者切割掉只执行部分。视作整体是原子性的核心。
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。

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 集型应用。
2. 进行阻塞（Blocking）操作（如IO时）会阻塞掉整个程序

greenlet

greenlet 通过 greenlet(func) 启动一个协程，通过 switch() 手动切换协程

示例：

from greenlet import greenlet

def func1():
    print('from func1: 1')
    greenlet.switch(gr2)
    print('from func1: 2')
    greenlet.switch(gr2)

def func2():
    print('from func2: 1')
    greenlet.switch(gr1)
    print('from func2: 2')

gr1 = greenlet(func1)
gr2 = greenlet(func2)
greenlet.switch(gr1)

输出结果：

from func1: 1

from func2: 1

from func1: 2

from func2: 2

gevent

gevent 封装了 greenlet，并实现了遇到 IO 自动切换

通过 gevent.spawn(func) 创建一个要执行 func 的 gevent 类，用 gevent.joinall() 等待执行完成

注意： gevent.sleep() 是用于模仿 IO 操作的，实际使用中不需要 gevent.sleep()

示例：

import gevent

def func1():
    print('from func1: 1')
    gevent.sleep(0)
    print('from func1: 2')
    gevent.sleep(1)

def func2():
    print('from func2: 1')
    gevent.sleep(2)
    print('from func2: 2')

def func3():
    print('from func3: 1')
    gevent.sleep(1)
    print('from func3: 2')

gevent.joinall([
    gevent.spawn(func1),
    gevent.spawn(func2),
    gevent.spawn(func3),
])

输出结果：

from func1: 1

from func2: 1

from func3: 1

from func1: 2

from func3: 2

from func2: 2

通过运行结果可以看出：每次 sleep 都会自动切换

实际使用示例

注意： 如果不使用 monkey.patch_all() 就无法自动识别 IO 操作，无法自动切换，变成同步执行

import gevent
import time
from gevent import monkey
from urllib import request

monkey.patch_all()  # 把当前程序的所有 IO 操作标记起来，否则模块无法知道 IO 操作

def func(url):
    print('GET:', url)
    resp = request.urlopen(url)
    data = resp.read()
    print('%i bytes received from %s' % (len(data), url))

urls = [
    'http://www.python.org/',
    'http://github.com/',
    'http://cnblogs.com/dbf-/',
]
time_start = time.time()
for item in urls:
    func(item)
print('同步耗时：', time.time() - time_start)
async_time_start = time.time()
gevent.joinall([
    gevent.spawn(func, 'http://www.python.org/'),
    gevent.spawn(func, 'http://www.github.com/'),
    gevent.spawn(func, 'http://cnblogs.com/dbf-/'),
])
print('异步耗时：', time.time() - async_time_start)

通过结果可以看出异步明显更快

socket 并发连接

server:

import gevent
from gevent import socket, monkey

monkey.patch_all()

def server(port):
    s = socket.socket()
    s.bind(('0.0.0.0', port))
    s.listen(500)
    while True:
        cli, addr = s.accept()
        gevent.spawn(handle_request, cli)

def handle_request(conn):
    try:
        while True:
            data = conn.recv(1024)
            print("recv:", data)
            conn.send(data)
            if not data:
                conn.shutdown(socket.SHUT_WR)
    except Exception as ex:
        print(ex)
    finally:
        conn.close()

if __name__ == '__main__':
    server(8001)

client:

import socket

HOST = 'localhost'
PORT = 8001
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
while True:
    msg = bytes(input(">>:"), encoding="utf8")
    s.sendall(msg)
    data = s.recv(1024)
    print('Received', repr(data))
# s.close()