深入理解协程（一）：协程的引入
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深入理解协程分为三部分进行讲解：
- 协程的引入
- yield from实现协程
- async/await实现异步协程
本篇为深入理解协程文章的第一篇。
什么是协程
协程：英文叫做 Coroutine，又称微线程，纤程，是一种用户态的轻量级线程。
本质上是单线程，拥有自己的寄存器上下文和栈。所以能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。
与多进程相比，无需线程上下文切换的开销；与多线程相比，无需使用多线程的锁机制。执行效率要高于多进程和多线程。
最简单的协程
在Python2.5时引入，是通过生成器（generator）实现的。下面来看一下生成器实现的最简单的协程。
>>> def coroutine(): # 注释一
print('-> coroutine started')
x = yield # 注释二
print('-> coroutine received:', x)
>>> c = coroutine() # 注释三
>>> c
<generator object coroutine at 0x03899230>
>>> next(c) # 注释四
-> coroutine started
>>> c.send(1) # 注释五
-> coroutine received: 1
Traceback (most recent call last):
File "<input>", line 1, in <module>
StopIteration # 注释六
注释一：使用生成器函数定义一个协程（函数中需有yield关键字）
注释二：yield关键字分为左右两边理解，yield右边用于返回数据，左边用于接收用户数据。如果只从用户客户端接收数据，那么yield返回值为None。
注释三：创建生成器。
注释四：刚创建的生成器需要预激活，这里调用next()函数对生成器进行预激活。也可使用c.send(None)。
注释五：预激活完成后，使用send()函数传入数据，协程生成器中在yield处会计算出1，程序继续运行直到运行到下一个yield表达式出现或程序终止。
注释六：由于程序运行到结尾，协程生成器中再无yield关键字，导致生成器像往常一样抛出StopIteration异常。
协程的四种状态
-
GEN_CREATED协程生成器创建完成，等待开始执行。
-
GEN_RUNNING解释器正在执行。
-
GEN_SUSPENDED在yield表达式处暂停。
-
GEN_CLOSED执行结束。
协程当前的状态可通过inspect模块查询。
下面举一个产出多个值的例子，以便更好理解协程的行为。
>>> from inspect import getgeneratorstate
>>> def coroutine(a):
print('-> started a=', a)
b = yield a
print('-> received: b=', b)
c = yield a + b
print('-> received: c=:', c)
>>> x = coroutine(1)
>>> getgeneratorstate(x)
'GEN_CREATED' # 注释一
>>> next(x)
-> started a= 1
1 # 注释二
>>> x.send(2)
-> received: b= 2
3 # 注释三
>>> getgeneratorstate(x)
'GEN_SUSPENDED' # 注释四
>>> x.send(3)
Traceback (most recent call last):
-> received: c=: 3
File "<input>", line 1, in <module>
StopIteration
>>> getgeneratorstate(x)
'GEN_CLOSED' # 注释五
注释一：刚创建生成器，协程生成器还处于GEN_CREATED状态（协程未启动）。
注释二：使用next(x)预激活协程生成器，程序执行到第一个yield暂停，即返回a的值1。
注释三：x.send(2)向协程生成器传入值2并赋值给变量b，程序执行到第二个yield暂停，此处返回a+b的值，即为3。
注释四：此时程序在第二个yield处暂停，所以协程生成器处于GEN_SUSPENDED状态。
注释五：协程生成器抛出异常后，导致协程生成器结束，因此处于GEN_CLOSED状态。
终止协程
上面举例的协程都是以抛出异常结束的，其实可以使用close()方法正常结束协程。
我们将第一示例代码进行修改，
>>> from inspect import getgeneratorstate
>>> def coroutine():
print('-> coroutine started')
while True: # 注释一
x = yield
print('-> coroutine received:', x)
>>> c = coroutine()
>>> next(c)
-> coroutine started
>>> c.send(1)
-> coroutine received: 1
>>> c.send(2)
-> coroutine received: 2
>>> getgeneratorstate(c)
'GEN_SUSPENDED'
>>> c.close()
>>> getgeneratorstate(c)
'GEN_CLOSED' # 注释二
注释一：此处加入死循环，避免协程生成器终止。
注释二：可以看出在执行close()之后协程生成器处于GEN_SUSPENDED状态。即协程正常结束。
异常处理
throw()方法可以传入异常。请看示例代码：
>>> class DemoException(Exception): # 注释一
'''定义的演示异常类型'''
pass
>>> def coroutine():
print('-> coroutine started')
while True:
try:
x = yield
except DemoException: # 注释二
print('*** DemoException handled. Continuing...')
else:
print('-> coroutine received:', x)
raise RuntimeError('This line should never run.') # 注释三
>>> c = coroutine()
>>> next(c)
-> coroutine started
>>> c.send(1)
-> coroutine received: 1
>>> c.throw(DemoException) # 注释四
*** DemoException handled. Continuing...
注释一：自定义异常类型DemoException。
注释二：特殊处理DemoException类型。
注释三：这一行永远不会执行。
注释四：使用throw()传入异常类型。
本篇讲述的为协程最原始的实现方法，虽然实现与异常处理比较繁琐，但确是协程的实现原理，对于真正理解协程大有裨益。
下篇将与您分享如何使用yield from实现协程。
