22-Python-协程
1、协程的概念
协程,又称微线程,纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程:协程是一种用户态的轻量级线程。
协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此:
协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态,换种说法:进入上一次离开时所处逻辑流的位置。
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
- "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。
- 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
符合一下条件就能称之为协程:
- 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
2、greenlet
greenlet是一个用C实现的协程模块,相比与python自带的yield,它可以使你在任意函数之间随意切换,而不需把这个函数先声明为generator
1 from greenlet import greenlet 2 3 4 def func1(): 5 print("第一条打印信息") # step2 6 gr2.switch() # step3 7 print("这儿是第三条打印信息") # step6 8 gr2.switch() # step7 9 10 11 def func2(): 12 print("这里才是第二条打印信息") # step4 13 gr1.switch() # step5 14 print("老哥,这才是最后一条打印信息") # step8 15 16 17 gr1 = greenlet(func1) 18 gr2 = greenlet(func2) 19 gr1.switch() # step1
3、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。
1 import gevent 2 3 4 def func1(): 5 print("func1函数打印的第一条消息...") # step1 6 gevent.sleep(2) # step2。一碰到I/O操作就自动切换 7 print("func1函数切换回来打印的消息...") 8 9 10 def func2(): 11 print("func2函数打印的第一条消息...") # step3 12 gevent.sleep(1) # step4 13 print("func2函数切换回来打印的消息...") 14 15 16 def func3(): 17 print("func3函数打印的第一条消息...") # step5 18 gevent.sleep(0) # step6 19 print("func3函数切换回来打印的消息...") 20 21 22 gevent.joinall([ 23 gevent.spawn(func1), 24 gevent.spawn(func2), 25 gevent.spawn(func3) 26 ]) 27 28 # 输出结果如下: 29 func1函数打印的第一条消息... 30 func2函数打印的第一条消息... 31 func3函数打印的第一条消息... 32 func3函数切换回来打印的消息... 33 func2函数切换回来打印的消息... 34 func1函数切换回来打印的消息...
4、同步和异步的性能差别
1 from urllib import request 2 import gevent 3 import time 4 from gevent import monkey 5 monkey.patch_all() # 把当前程序的所有I/O操作都单独做上标记 6 7 8 def f(url): 9 print("GET: %s" % url) 10 resp = request.urlopen(url) 11 data = resp.read() 12 print("%d bytes received from %s" % (len(data), url)) 13 # f = open("url.html", "wb") 14 # f.write(data) 15 # f.close() 16 17 18 urls = ["https://www.python.org", 19 "https://www.yahoo.com", 20 "https://github.com", 21 ] 22 start_time = time.time() 23 for url in urls: 24 f(url) 25 26 print("同步抓取网页花费的时间:", time.time() - start_time) 27 28 print("下面是异步".center(50, "-")) 29 30 async_start_time = time.time() 31 gevent.joinall([ 32 gevent.spawn(f, "https://www.python.org"), 33 gevent.spawn(f, "https://www.yahoo.com"), 34 gevent.spawn(f, "https://github.com"), 35 ] 36 ) 37 38 print("异步抓取网页花费的时间:", time.time() - async_start_time) 39 40 # 打印结果: 41 42 GET: https://www.python.org 43 48860 bytes received from https://www.python.org 44 GET: https://www.yahoo.com 45 527907 bytes received from https://www.yahoo.com 46 GET: https://github.com 47 51878 bytes received from https://github.com 48 同步抓取网页花费的时间: 6.071749210357666 49 ----------------------下面是异步----------------------- 50 GET: https://www.python.org 51 GET: https://www.yahoo.com 52 GET: https://github.com 53 48860 bytes received from https://www.python.org 54 51878 bytes received from https://github.com 55 528360 bytes received from https://www.yahoo.com 56 异步抓取网页花费的时间: 2.586545467376709
5、通过gevent实现单线程下的多socket并发
1 import socket 2 import gevent 3 4 from gevent import socket, monkey 5 6 monkey.patch_all() 7 8 9 def server(ip, port): 10 s = socket.socket() 11 s.bind((ip, port)) 12 s.listen(500) 13 while True: 14 cli, addr = s.accept() 15 # print(cli) 16 print("建立与IP[%s] PORT[%s]的客户端连接" % (addr[0], addr[1])) 17 gevent.spawn(handle_request, cli) 18 19 20 def handle_request(conn): 21 try: 22 while True: 23 print("等待接收数据...") 24 data = conn.recv(1024) 25 print("received:", data.decode("utf-8")) 26 conn.send(data.upper()) 27 if not data: 28 conn.shutdown(socket.SHUT_WR) 29 30 except Exception as ex: 31 print(ex) 32 finally: 33 conn.close() 34 35 36 if __name__ == "__main__": 37 print("正在监听客户端连接...") 38 server("0.0.0.0", 8001)