Python之协程

什么是协程

　　协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。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，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。

协程优点

• 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
• 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。

PS：　"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。

协程缺点

• 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

协程引入

　　之前我们有用过yield关键字将用过函数变成一个生成器，实现了在单线程情况下的并发效果，如下例所示：

import time
import queue
def consumer(name):
    print("--->starting eating baozi...")
    while True:
        new_baozi = yield
        print("[%s] is eating baozi %s" % (name,new_baozi))
        time.sleep(1)
 
def producer():
 
    r = con.__next__()
    r = con2.__next__()
    n = 0
    while n < 5:
        n +=1
        con.send(n)
        con2.send(n)
        print("\033[32;1m[producer]\033[0m is making baozi %s" %n )
 
 
if __name__ == '__main__':
    con = consumer("c1")
    con2 = consumer("c2")
    p = producer()

　　那么这算不算协程呢？我们先要知道到底满足什么条件才算是一个协程。

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. 一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程

　　如果满足了以上的条件我们就可以认为是一个协程。所以yield并完全算是一个协程，因为它不能实现遇到IO操作就自动切换到其他协程的功能。

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。

from greenlet import greenlet

def test1():
    print(12)
    gr2.switch()
    print(34)
    gr2.switch()

def test2():
    print(56)
    gr1.switch()
    print(78)

gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)
gr1.switch()


执行结果：
12
56
34
78

但是这个模块没有解决一个问题，就是自动切换IO操作，上面的切换是我们人为手动切换的。

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。

import gevent

def func1():
    print('\033[31;1m我是func1的1\033[0m')
    gevent.sleep(2)
    print('\033[31;1m我是func1的2\033[0m')

def func2():
    print('\033[32;1m我是func2的1\033[0m')
    gevent.sleep(1)
    print('\033[32;1m我是func2的2\033[0m')

def func3():
    print('\033[32;1m我是func3的1\033[0m')
    gevent.sleep(0)
    print('\033[32;1m我是func3的2\033[0m')

gevent.joinall([
    gevent.spawn(func1),
    gevent.spawn(func2),
    gevent.spawn(func3),
])


输出结果：
我是func1的1
我是func2的1
我是func3的1
我是func3的2
我是func2的2
我是func1的2