python之路_并发编程之协程

　　对于单线程下，我们不可避免程序中出现io操作，但如果我们能在自己的程序中（即用户程序级别，而非操作系统级别）控制单线程下的多个任务能在一个任务遇到io阻塞时就切换到另外一个任务去计算，这样就保证了该线程能够最大限度地处于就绪态，即随时都可以被cpu执行的状态，相当于我们在用户程序级别将自己的io操作最大限度地隐藏起来，从而可以迷惑操作系统，让其看到：该线程好像是一直在计算，io比较少，从而更多的将cpu的执行权限分配给我们的线程。

    协程的本质就是在单线程下，由用户自己控制一个任务遇到io阻塞了就切换另外一个任务去执行，以此来提升效率。为了实现它，我们需要找寻一种可以同时满足以下条件的解决方案：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，以便重新运行时，可以基于暂停的位置继续执行；可以检测io操作，在遇到io操作的情况下才发生切换。

一、协程介绍

1、定义

　　协程是单线程下的并发，又称微线程。协程是一种用户态的轻量级的线程，即协程是由用户程序自己控制调度的。强调如下：（1）python的线程属于内核级别的，即由操作系统控制调度，如果遇到io或者执行时间过长，操作系统就会强迫要求交出cpu的执行权限，执行其他线程；（2）单线程内开启协程，一旦遇到io就会从应用程序的级别进行切换，从而提升效率。注意：一定是遇到IO才切

2、优点

　　优点如下：

　　（1）协程的切换的开销较小，属于程序级别的切换，操作系统无感知，因而更加的轻量级；（2）实现单线程内的并发，最大限度的利用cpu。

3、缺点

　　缺点如下：

　　（1）协程的本质是在单线程下，无法利用多核；（2）协程指的是单个线程，一旦协程遇到阻塞，则会阻塞整个线程。

二、greenlet模块

　　greenlet模块提供一种在多种任务之间来回切换的功能，这种切换手段非常便捷。如下例：

from greenlet import greenlet
def eat(name):
    print('%s is eating1' %name)
    g2.switch('alex')                  #2.切换执行play（'alex'）
    print('%s is eating2' %name)
    g2.switch()                        #4.切换继续执行play（'alex'）
def play(name):
    print('%s is playing1' %name)
    g1.switch()                        #3.切换继续执行eat（'alex'）
    print('%s is playing2' %name)
g1=greenlet(eat)
g2=greenlet(play)
'''switch只有第一次切换时需要传参'''
g1.switch('alex')                      #1.切换执行eat（'alex'）

'''
输出结果：
alex is eating1
alex is playing1
alex is eating2
alex is playing2
'''

　　但是greenlet方法在实现各个功能间的切换并不能解决IO阻塞问题，当切换到一个任务执行时遇到阻塞则只能在原地等待，并不能做到识别IO切换的功能，对提升效率无作用，故不常用。解决此问题，需借助gevent模块。

三、gevent模块

　　geven是一个第三方库，与green不同的是，gevent可以自动识别IO，遇到IO会进行切换，实现协程。

1、gevent可识别的IO阻塞情况

　　实例：

import gevent
import time
from threading import current_thread
def eat(name):
    print('%s is running1：%s' %(name,current_thread().getName()))
    gevent.sleep(2)
    print('%s is running2：%s' %(name,current_thread().getName()))

def play(name):
    print('%s is playing1:%s' %(name,current_thread().getName()))
    gevent.sleep(1)
    print('%s is playing2:%s' % (name, current_thread().getName()))

start=time.time()
g1=gevent.spawn(eat,'alex')                               #spawn(fun,a),开启协程，可以通过位置传参
g2=gevent.spawn(play,name='alex')                         #spawn(fun,a=b),开启协程，可以通过关键字传参
gevent.joinall([g1,g2])                                   #jionall（）等待协程g1、g2结束，也可以分开写join（）
stop=time.time()
print(stop-start)
'''
输出结果：
alex is running1：MainThread
alex is playing1:MainThread
alex is playing2:MainThread
alex is running2：MainThread
2.002920389175415
'''

　　以上实例中gevent.sleep()模拟gevent可以识别的IO，对于实际的应用没有意义。对于time.sleep()等gevent不可识别的IO的阻塞该如何解决呢？请看下例。

2、gevent不可识别的IO阻塞情况

　　实例：

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
'''from gevent import monkey;monkey.patch_all()必须放在文件的最开头'''
import time,gevent
from threading import current_thread
def eat(name):
    print('%s is running1：%s' %(name,current_thread().getName()))
    time.sleep(2)
    print('%s is running2：%s' %(name,current_thread().getName()))

def play(name):
    print('%s is playing1:%s' %(name,current_thread().getName()))
    time.sleep(1)
    print('%s is playing2:%s' % (name, current_thread().getName()))

start=time.time()
g1=gevent.spawn(eat,'alex')   
g2=gevent.spawn(play,name='alex') 
gevent.joinall([g1,g2])
stop=time.time()
print(stop-start)
'''
alex is running1：DummyThread-1
alex is playing1:DummyThread-2
alex is playing2:DummyThread-2
alex is running2：DummyThread-1
2.0029842853546143
'''

　　上例才是我们最终实现的协程，为解决识别正常阻塞的问题，我们采用打补丁的方式：from gevent import monkey;monkey.patch_all()，补丁必须放在文件的最开头。结果中

DummyThread-n翻译为假线程的意思，并不是开启了多线程。

四、协程实例

1、协程实现爬虫实例

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent
import requests
from threading import current_thread
def get(url):
    print('%s get %s' %(current_thread().getName(),url))
    response=requests.get(url)  #存在IO
    if response.status_code==2:
        return {'url': len(response.text)}

g1=gevent.spawn(get,'www.baidu.com')
g2=gevent.spawn(get,'www.qq.com')
g3=gevent.spawn(get,'www.jd.com')

g1.join()
g2.join()
g3.join()

print(g1.value)  #value为取值
print(g2.value)
print(g3.value)

2、协程实现socket通信

　　服务端：

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent
from socket import *
from threading import current_thread

server=socket()
server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
server.bind(('127.0.0.1',8090))
server.listen()
def talk(conn,addr):
    print('%s got a connect from %s:%s' %(current_thread().getName(),addr[0],addr[1]))
    while True:
        data=conn.recv(1024).decode()
        if not data:break
        conn.send(data.upper().encode())
if __name__ == '__main__':
    while True:
        conn,addr=server.accept()
        g=gevent.spawn(talk,conn,addr)

　　客户端：

from socket import *
client=socket()
client.connect(('127.0.0.1',8090))
while True:
    msg=input('>>>').strip()
    if not msg:continue
    client.send(msg.encode())
    res=client.recv(1024).decode()
    print(res)

#多线程开客户端
# from threading import Thread
# from socket import *
# client=socket()
# client.connect(('127.0.0.1',8090))
# def talk(client):
#     client.send('hello'.encode())
#     res=client.recv(1024).decode()
#     print(res)
# 
# if __name__ == '__main__':
#     for i in range(100):
#         t=Thread(target=talk,args=(client,))
#         t.start()