【LemonCK】Python协程并发的优缺点
协程
协程是一种用户态的轻量级线程,又称微线程。
协程拥有自己的寄存器上下文和栈,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。
优点:
1.无需线程上下文切换的开销
2.无需原子操作锁定及同步的开销
3.方便切换控制流,简化编程模型
4.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。
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。
缺点:
1.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。
2.进行阻塞(Blocking)操作(如IO时)会阻塞掉整个程序
使用gevent
gevent是python的一个并发框架,以微线程greenlet为核心,使用了epoll事件监听机制以及诸多其他优化而变得高效。
简单示例
gevent的sleep可以交出控制权,当我们在受限于网络或IO的函数中使用gevent,这些函数会被协作式的调度, gevent的真正能力会得到发挥。
gevent处理了所有的细节, 来保证你的网络库会在可能的时候,隐式交出greenlet上下文的执行权。
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- """ @File:CoroutineDemo3.py @E-mail:364942727@qq.com @Time:2020/10/1 10:24 下午 @Author:Charseki @Version:1.0 @Desciption:协程二(gevent模块) """ """ 协程gevent模块 协程存在于线程之中,线程默认不会等待协程执行 spawn:开启协程(第一个参数:协程要执行的任务) join:让线程等待协程执行 协程之间切换的条件: gevent.sleep():耗时等待的情况下才会切换 gevent的程序补丁: gevent.monkey.patch_all() # 导入这个后,就可以不需要用gevent.sleep()了,只要是耗时,就能切换任务。 首先考虑:协程 > 线程 > 进程 """ import gevent import time # from gevent import monkey # gevent.monkey.patch_all() def task_1(): for i in range(10): print("--This is task 1!--执行次数:{}".format(i)) # time.sleep(0.01) gevent.sleep(0.3) def task_2(): for i in range(10): print("--This is task 2!--执行次数:{}".format(i)) # time.sleep(0.01) gevent.sleep(0.3) if __name__ == '__main__': # 创建两个协程 g1 = gevent.spawn(task_1) g2 = gevent.spawn(task_2) g1.join() g2.join()
执行结果:
--This is task 1!--执行次数:0 --This is task 2!--执行次数:0 --This is task 1!--执行次数:1 --This is task 2!--执行次数:1 --This is task 1!--执行次数:2 --This is task 2!--执行次数:2 --This is task 1!--执行次数:3 --This is task 2!--执行次数:3 --This is task 1!--执行次数:4 --This is task 2!--执行次数:4 --This is task 1!--执行次数:5 --This is task 2!--执行次数:5 --This is task 1!--执行次数:6 --This is task 2!--执行次数:6 --This is task 1!--执行次数:7 --This is task 2!--执行次数:7 --This is task 1!--执行次数:8 --This is task 2!--执行次数:8 --This is task 1!--执行次数:9 --This is task 2!--执行次数:9
同步异步
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- """ @File:CoroutineDemo4.py @E-mail:364942727@qq.com @Time:2020/10/2 1:11 上午 @Author:Charseki @Version:1.0 @Desciption:协程-同步异步 """ import random import gevent def task(pid): gevent.sleep(random.randint(0, 2) * 0.001) print('Task %s done' % pid) def synchronous(): for i in range(1, 10): task(i) def asynchronous(): threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)] gevent.joinall(threads) if __name__ == '__main__': print('Synchronous:') synchronous() print('Asynchronous:') asynchronous()
执行结果:
Synchronous: Task 1 done Task 2 done Task 3 done Task 4 done Task 5 done Task 6 done Task 7 done Task 8 done Task 9 done Asynchronous: Task 5 done Task 9 done Task 1 done Task 2 done Task 3 done Task 4 done Task 6 done Task 0 done Task 7 done Task 8 done
以子类的方法使用协程
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- """ @File:CoroutineDemo4.py @E-mail:364942727@qq.com @Time:2020/10/2 1:11 上午 @Author:Charseki @Version:1.0 @Desciption:协程-子类化Greenlet类,重载它的_run方法 """ import gevent from gevent import Greenlet class Test(Greenlet): """可以子类化Greenlet类,重载它的_run方法,类似多线线程和多进程模块""" def __init__(self, message, n): Greenlet.__init__(self) self.message = message self.n = n def _run(self): print(self.message, 'start') gevent.sleep(self.n) print(self.message, 'end') tests = [ Test("hello", 3), Test("world", 2), ] for test in tests: test.start() # 启动 for test in tests: test.join() # 等待执行结束
使用monkey patch修改系统标准库(自动切换协程)
当一个greenlet遇到IO操作时,比如访问网络,就自动切换到其他的greenlet,等到IO操作完成,再在适当的时候切换回来继续执行。
由于IO操作非常耗时,经常使程序处于等待状态,有了gevent为我们自动切换协程,就保证总有greenlet在运行,而不是等待IO。
由于切换是在IO操作时自动完成,所以gevent需要修改Python自带的一些标准库,这一过程在启动时通过monkey patch完成
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- """ @File:CoroutineDemo4.py @E-mail:364942727@qq.com @Time:2020/10/2 1:11 上午 @Author:Charseki @Version:1.0 @Desciption:协程-monkey patch自动切换协程 """ import gevent import requests from gevent import monkey monkey.patch_socket() def task(url): r = requests.get(url) print('%s bytes received from %s' % (len(r.text), url)) if __name__ == '__main__': for i in range(3): gevent.joinall([ gevent.spawn(task, 'https://www.baidu.com/'), gevent.spawn(task, 'https://www.qq.com/'), gevent.spawn(task, 'https://www.jd.com/'), ])
执行结果:
107822 bytes received from https://www.jd.com/ 2443 bytes received from https://www.baidu.com/ 99692 bytes received from https://www.qq.com/ 2443 bytes received from https://www.baidu.com/ 107822 bytes received from https://www.jd.com/ 99692 bytes received from https://www.qq.com/ 107822 bytes received from https://www.jd.com/ 2443 bytes received from https://www.baidu.com/ 99692 bytes received from https://www.qq.com/ Process finished with exit code 0
可以看出3个网络操作是并发执行的,而且结束顺序不同。