python学习笔记 协程

在学习异步IO模型前，先来了解协程

协程又叫做微线程，Coroutine

子程序或者成为函数，在所有语言中都是层级调用，比如a调用b，b调用c。c执行完毕返回，b执行完毕返回，最后a执行完毕返回

所以子程序是通过栈来实现的，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是不同的。

协程看上去是子程序，但在执行过程中可以在子程序内部中断，转而执行别的子程序，在适当的时候返回执行

注意在一个子程序中断去执行其他子程序不是函数调用，类似于CPU的中断，比如子程序A,B

def A():
    print('1')
    print('2')
    print('3')

def B():
    print('x')
    print('y')
    print('z')

假设由协程执行，在执行A的过程中，可以随时中断，去执行B，B也可能在执行过程中中断再去执行A，结果可能是：

1
2
x
y
3
z

但是在A中是没有调用B的，所以协程的调用比函数理解要难一些

看起来A,B的执行像是多线程，但协程的特点是在于一个线程执行，和多线程相比，有什么优势

最大的优势就是协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身来控制，因此没有现成切换的开销，线程数量越多协程性能优势越明显

第二个优势就是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在写变量冲突，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

因为协程是一个县城执行，那么利用多核CPU你，最简单的办法就是多进程+协程，即充分利用多核，又充分发挥协程的高效率，获得极高的性能，

python多协程的支持是通过generator实现的。

在generator中，我们不但可以通过for循环来迭代，还可以不断调用next（）获取yield语句返回的下一个值

但是python的yield不但可以返回一个值，它还可以接受调用者发出的参数

来看例子：

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跳转到消费者跳转到消费者开始执行，贷消费者执行完毕后，切换生产者继续生产，效率极高

def consumer():
    r = ''
    while True:
        n = yield r
        if not n:
            return
        print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)
        r = '200 OK'

def produce(c):
    c.send(None)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
        r = c.send(n)
        print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)
    c.close()

c = consumer()
produce(c)

[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

n = yield r 并不是赋值语句，相当于：

if produce return n
if consume return r

如果是produce调用send的话，就相当于在consumer中为n赋值 如果是consume调用yield r的话，就相当于在produce中为r赋值

c.send(None) 用于启动一个生成器，如果参数不传None的话会报错。 但是也只用于启动生成器，并不会调用yield 也就是说，当执行send(None) 从produce转到consume时，只执行到yield r的上一句

 

注意到consumer函数是一个generator，把一个consumer传入produce后：

1. 首先调用c.send(None)启动生成器；

2. 然后，一旦生产了东西，通过c.send(n)切换到consumer执行；

3. consumer通过yield拿到消息，处理，又通过yield把结果传回；

4. produce拿到consumer处理的结果，继续生产下一条消息；

5. produce决定不生产了，通过c.close()关闭consumer，整个过程结束。

整个流程无锁，由一个线程执行，produce和consumer协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。

最后套用Donald Knuth的一句话总结协程的特点：

“子程序就是协程的一种特例。”