python------协程

一、我们知道无论是创建多进程还是创建多线程池来解决问题，都要消耗一定的时间来创建进程、创建线程、以及管理他们之间的切换。

　　基于单线程来实现并发，这样就可以节省创建线程进程所消耗的时间。

二、如何实现在两个函数之间的切换？

def func1():
    print(1)
    yield
    print(3)
    yield

def func2():
    g = func1()
    next(g)
    print(2)
    next(g)
    print(4)
func2()
'''
1
2
3
4
'''

def consumer():
    while True:
        n = yield
        print('消费了一个包子%s'%n)

def producer():
    g = consumer()
    next(g)
    for i in range(5):
        print('生产了包子%s'%i)
        g.send(i)
producer()
'''
生产了包子0
消费了一个包子0
生产了包子1
消费了一个包子1
生产了包子2
消费了一个包子2
生产了包子3
消费了一个包子3
生产了包子4
消费了一个包子4

'''

import time
def consumer():
    '''任务1:接收数据,处理数据'''
    while True:
        x=yield

def producer():
    '''任务2:生产数据'''
    g=consumer()
    next(g)
    for i in range(10000000):
        g.send(i)
        time.sleep(2)

start=time.time()
producer() #并发执行,但是任务producer遇到io就会阻塞住,并不会切到该线程内的其他任务去执行

stop=time.time()
print(stop-start)

　　对于单线程下，程序中不可避免的会出现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再一个任务遇到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。

三、协程

协程：是单线程下的并发，协程是一种用户态的轻量级线程，即协程是由用户程序自己控制调度的。

协程的本质：在但线程下，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。

需要强调的是：

　1：python的线程属于内核级别的，即由操作系统控制调度（如单线程遇到io或执行时间过长就会被迫交出cpu执行权限，切换其它线程运行）。

　2：单线程内开启协程，一旦遇到io,就会从应用程序级别（而非操作系统）控制切换，以此来提升效率（非io操作的切换与效率无关）

对比操作系统控制线程的切换，用户在单线程内控制协程的切换的优缺点：

优点：

　1.协程的切换开销更小，属于程序级别的切换，操作系统完全感知不到，因而更加轻量级。

　2.单线程内就可以实现并发的效果，最大限度地利用cpu。

缺点：

　1.协程的本质是单线程下，无法利用多核，可以是一个程序开启多个进程，每个进程内开启多个线程，每个线程内开启协程。

　2.协程指的是单个线程，因而一旦协程出现阻塞，将会阻塞整个线程。

协程的特点：

　1.必须在只有一个单线程里实现并发

　2.修改共享数据不需加锁

　3.用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈

　4.附加：一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程（如何实现检测IO，yield、greenlet都无法实现，就用到了gevent模块（select机制））

四、greenlet模块

from greenlet import greenlet
def eat(name):
    print('%s eat 1' %name)
    g2.switch('haha')
    print('%s eat 2' %name)
    g2.switch()
def play(name):
    print('%s play 1' %name)
    g1.switch()
    print('%s play 2' %name)
g1=greenlet(eat)
g2=greenlet(play)
g1.switch('hjm')#可以在第一次switch时传入参数，以后都不需要
'''
hjm eat 1
haha play 1
hjm eat 2
haha play 2
'''

import time
from greenlet import greenlet   # 在单线程中切换状态的模块
def eat1():
    print('吃鸡腿1')
    g2.switch()
    time.sleep(5)
    print('吃鸡翅2')
    g2.switch()

def eat2():
    print('吃饺子1')
    g1.switch()
    time.sleep(3)
    print('白切鸡')

g1 = greenlet(eat1)
g2 = greenlet(eat2)
g1.switch()
'''
吃鸡腿1
吃饺子1
吃鸡翅2
白切鸡
'''

单纯的切换（在没有io的情况下或者没有重复开辟内存空间的操作），反而会降低程序的执行速度。

#顺序执行
import time
def f1():
    res=1
    for i in range(100000000):
        res+=i

def f2():
    res=1
    for i in range(100000000):
        res*=i

start=time.time()
f1()
f2()
stop=time.time()
print('run time is %s' %(stop-start)) # run time is 10.494175910949707

#切换
from greenlet import greenlet
import time
def f1():
    res=1
    for i in range(100000000):
        res+=i
        g2.switch()

def f2():
    res=1
    for i in range(100000000):
        res*=i
        g1.switch()

start=time.time()
g1=greenlet(f1)
g2=greenlet(f2)
g1.switch()
stop=time.time()
print('run time is %s' %(stop-start)) # run time is 63.0725622177124

greenlet只是提供了一种比generator更加便捷的切换方式，当切到一个任务执行时如果遇到io，那就原地阻塞，仍然是没有解决遇到IO自动切换来提升效率的问题。

五、gevent模块

gevent是一个第三方库，通过它可以实现并发同步或异步编程。

g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)创建一个协程对象g1，spawn括号内第一个参数是函数名，如eat，后面可以有多个参数，可以是位置实参或关键字实参，都是传给函数eat的

g2=gevent.spawn(func2)
g1.join() #等待g1结束
g2.join() #等待g2结束
#或者上述两步合作一步：gevent.joinall([g1,g2])
g1.value#拿到func1的返回值

import gevent
def eat(name):
    print('%s eat 1' %name)
    gevent.sleep(2)
    print('%s eat 2' %name)

def play(name):
    print('%s play 1' %name)
    gevent.sleep(1)
    print('%s play 2' %name)


g1=gevent.spawn(eat,'hjm')
g2=gevent.spawn(play,name='hjm')
g1.join()
g2.join()
#或者gevent.joinall([g1,g2])
print('主')
'''
hjm eat 1
hjm play 1
hjm play 2
hjm eat 2
主
'''

上例gevent.sleep(2)模拟的是gevent可以识别的io阻塞,而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接识别的需要用下面一行代码,打补丁,就可以识别了

from gevent import monkey;monkey.patch_all()必须放到被打补丁者的前面，如time，socket模块之前

from gevent import monkey;monkey.patch_all()

import gevent
import time
def eat():
    print('eat food 1')
    time.sleep(2)
    print('eat food 2')

def play():
    print('play 1')
    time.sleep(1)
    print('play 2')

g1=gevent.spawn(eat)
g2=gevent.spawn(play)
gevent.joinall([g1,g2])
print('主')

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import time     # time socket urllib requests
import gevent   # greenlet gevent在切换程序的基础上又实现了规避IO

def task(args):
    time.sleep(1)
    print(args)

def sync_func():   # 同步
    for i in range(10):
        task(i)

def async_func(): # 异步
    g_l = []
    for i in range(10):
        g_l.append(gevent.spawn(task,i))   # 给写成任务传参数
    gevent.joinall(g_l)

start = time.time()
sync_func()
print(time.time() - start) # 10.00815486907959

start = time.time()
async_func()
print(time.time() - start)  # 1.0002970695495605

通过gevent实现单线程下的socket并发

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent
import socket
def talk(conn):
    while True:
        ret = conn.recv(1024).decode('utf-8')
        print(ret)
        conn.send(ret.upper().encode('utf-8'))
    conn.close()

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',8080))
sk.listen()
while True:
    conn,addr = sk.accept()
    gevent.spawn(talk,conn)
sk.close()

import time
import socket
import threading
def my_client():
    sk = socket.socket()
    sk.connect(('127.0.0.1',8080))
    while True:
        sk.send(b'hi')
        ret = sk.recv(1024).decode('utf-8')
        print(ret)
        time.sleep(1)
    sk.close()
for i in range(500):
    threading.Thread(target=my_client).start()