python从入门到放弃之协程

协程

协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。

协程的概念很早就提出来了，但直到最近几年才在某些语言（如Lua）中得到广泛应用。

子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。

所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。

子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。

协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。

线程和进程的操作是由程序触发系统接口，最后的执行者是系统；协程的操作则是程序员。

协程可以被认为是一种用户空间线程，与传统的抢占式线程相比，有2个主要的优点：

• 与线程不同，协程是自己主动让出CPU，并交付他期望的下一个协程运行，而不是在任何时候都有可能被系统调度打断。因此协程的使用更加清晰易懂，并且多数情况下不需要锁机制。
• 与线程相比，协程的切换由程序控制，发生在用户空间而非内核空间，因此切换的代价非常的小。
• 某种意义上，协程与线程的关系类似与线程与进程的关系，多个协程会在同一个线程的上下文之中运行。

协程存在的意义：对于多线程应用，CPU通过切片的方式来切换线程间的执行，线程切换时需要耗时（保存状态，下次继续）。协程，则只使用一个线程，在一个线程中规定某个代码块执行顺序。

协程的适用场景：当程序中存在大量不需要CPU的操作时（IO），适用于协程；

协程的好处：

• 无需线程上下文切换的开销
• 无需原子操作锁定及同步的开销
• 方便切换控制流，简化编程模型
• 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：

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

进程、线程和协程的区别

进程：

进程之间不共享任何状态，进程的调度由操作系统完成，每个进程都有自己独立的内存空间，进程间通讯主要是通过信号传递的方式来实现的，实现方式有多种，信号量、管道、事件等，任何一种方式的通讯效率都需要过内核，导致通讯效率比较低。由于是独立的内存空间，上下文切换的时候需要保存先调用栈的信息、cpu各寄存器的信息、虚拟内存、以及打开的相关句柄等信息，所以导致上下文进程间切换开销很大，通讯麻烦。

线程：

线程之间共享变量，解决了通讯麻烦的问题，但是对于变量的访问需要锁，线程的调度主要也是有操作系统完成，一个进程可以拥有多个线程，但是其中每个线程会共享父进程像操作系统申请资源，这个包括虚拟内存、文件等，由于是共享资源，所以创建线程所需要的系统资源占用比进程小很多，相应的可创建的线程数量也变得相对多很多。线程时间的通讯除了可以使用进程之间通讯的方式以外还可以通过共享内存的方式进行通信，所以这个速度比通过内核要快很多。另外在调度方面也是由于内存是共享的，所以上下文切换的时候需要保存的东西就像对少一些，这样一来上下文的切换也变得高效。

协程：

协程的调度完全由用户控制，一个线程可以有多个协程，用户创建了几个线程，然后每个线程都是循环按照指定的任务清单顺序完成不同的任务，当任务被堵塞的时候执行下一个任务，当恢复的时候再回来执行这个任务，任务之间的切换只需要保存每个任务的上下文内容，就像直接操作栈一样的，这样就完全没有内核切换的开销，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文的切换非常快；另外协程还需要保证是非堵塞的且没有相互依赖，协程基本上不能同步通讯，多采用一步的消息通讯，效率比较高。

进程、线程与协程

　　从硬件发展来看，从最初的单核单CPU，到单核多CPU，多核多CPU，似乎已经到了极限了，但是单核CPU性能却还在不断提升。server端也在不断的发展变化。如果将程序分为IO密集型应用和CPU密集型应用，二者的server的发展如下：

　　　　IO密集型应用: 多进程->多线程->事件驱动->协程
　　　　CPU密集型应用:多进程-->多线程

　　调度和切换的时间：进程   >   线程   >  协程

不需要实现复杂的内存共享且需利用多cpu，用多进程；实现复杂的内存共享及IO密集型应用：多线程或协程；实现复杂的内存共享及CPU密集型应用：协程