python并开发编程之协程

一引出协成

并发的本质是：切换+保存状态　　　　

CPU在运行行一个任务时，会在两种情况下切走去执行其他任务，一是该任务发生了阻塞，二是运行该任务的时间过长

yeild可以保存状态，yeild状态保存与操作系统很像

send可以把一个函数的结果传给另外一个函数，从而实现单线程内程序之间的切换

#串行执行

import time

def consumer(res):

    '''任务1:接收数据,处理数据'''

    pass

def producer():

    '''任务2:生产数据'''

    res=[]

    for i in range(10000000):

        res.append(i)

    return res

start=time.time()

#串行执行

res=producer()

consumer(res)

stop=time.time()

print(stop-start) #1.5536692142486572

#基于yield并发执行

import time

def consumer():

    '''任务1:接收数据,处理数据'''

    while True:

        x=yield

def producer():

    '''任务2:生产数据'''

    g=consumer()

    next(g)

    for i in range(10000000):

        g.send(i)

start=time.time()

#基于yield保存状态,实现两个任务直接来回切换,即并发的效果

#PS:如果每个任务中都加上打印,那么明显地看到两个任务的打印是你一次我一次,即并发执行的.

producer()

stop=time.time()

print(stop-start) #2.0272178649902344

单纯地切换反而会降低运行效率

import time

def consumer():

    '''任务1:接收数据,处理数据'''

    while True:

        x=yield

def producer():

    '''任务2:生产数据'''

    g=consumer()

    next(g)

    for i in range(10000000):

        g.send(i)

        time.sleep(2)

start=time.time()

producer() #并发执行,但是任务producer遇到io就会阻塞住,并不会切到该线程内的其他任务去执行

stop=time.time()

print(stop-start)

yield并不能实现遇到io切换

总结：

1. 可以控制多个任务之间的切换，切换之前将任务的状态保存下来（重新运行时，可以基于暂停的位置继续）

2. 作为1的补充：可以检测io操作，在遇到io操作的情况下才发生切换

二协程介绍

协成：单线程下的并发，简称微线程，协成是一种用户态轻量级的线程，即协成是由用户程序自己控制的

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被迫交出cpu执行权限，切换其他线程运行）
2. 单程内开启协程，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下，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. 协程指的是单个线程，因而一旦协程出现阻塞，将会阻塞整个线程

总结协程特点：

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
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））

三 Greenlet

安装 pip3 install greenlet

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

#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)) #10.985628366470337

#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)) # 52.763017892837524

四 Gevent介绍

安装pip3 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, 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。

#用法

g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)创建一个协程对象g1，spawn括号内第一个参数是函数名，如eat，后面可以有多个参数，可以是位置实参或关键字实参，都是传给函数eat的

g2=gevent.spawn(func2)

g1.join() #等待g1结束

g2.join() #等待g2结束

#或者上述两步合作一步：gevent.joinall([g1,g2])

g1.value#拿到func1的返回值

遇到IO阻塞时会自动切换任务

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')

从而引出要用gevent，需要将from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的开头

from gevent import monkey;monkey.patch_all()

import gevent,time

def eat():

    print('eat h111ing')

    time.sleep(2)

    print('eat h222ing')

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')

五 Gevent之同步与异步

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。

六 Gevent之应用举例一

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))

协程应用：爬虫

七 Gevent之应用举例二

通过gevent实现单线程下的socket并发（from gevent import monkey;monkey.patch_all()一定要放到导入socket模块之前，否则gevent无法识别socket的阻塞）

from gevent import monkey;monkey.patch_all()

from socket import *

import gevent

#如果不想用money.patch_all()打补丁,可以用gevent自带的socket

# from gevent import socket

# s=socket.socket()

def server(server_ip,port):

    s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

    s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)

    s.bind((server_ip,port))

    s.listen(5)

    while True:

        conn,addr=s.accept()

        gevent.spawn(talk,conn,addr)

def talk(conn,addr):

    try:

        while True:

            res=conn.recv(1024)

            print('client %s:%s msg: %s' %(addr[0],addr[1],res))

            conn.send(res.upper())

    except Exception as e:

        print(e)

    finally:

        conn.close()

if __name__ == '__main__':

    server('127.0.0.1',8080)

服务端服务端

from socket import *

client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

client.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:

    msg=input('>>: ').strip()

    if not msg:continue

    client.send(msg.encode('utf-8'))

    msg=client.recv(1024)

    print(msg.decode('utf-8'))

客户端

from threading import Thread

from socket import *

import threading

def client(server_ip,port):

    c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #套接字对象一定要加到函数内，即局部名称空间内，放在函数外则被所有线程共享，则大家公用一个套接字对象，那么客户端端口永远一样了

    c.connect((server_ip,port))

    count=0

    while True:

        c.send(('%s say hello %s' %(threading.current_thread().getName(),count)).encode('utf-8'))

        msg=c.recv(1024)

        print(msg.decode('utf-8'))

        count+=1

if __name__ == '__main__':

    for i in range(500):

        t=Thread(target=client,args=('127.0.0.1',8080))

        t.start()

多线程并发多个客户端