Python进程、线程、协程详解

引子

　　进程

　　线程(优先阅读)

　　协程

进程

概念:就是一个程序在一个数据集上的一次动态执行过程(本质上来讲,就是运行中的程序(代指运行过程),程序不运行就不是进程)    抽象概念

组成:

　　 1、程序：我们编写的程序用来描述进程要完成哪些功能以及如何完成

　　 2、数据集：数据集则是程序在执行过程中所需要使用的资源

　　 3、进程控制块：进程控制块用来记录进程的外部特征，描述进程的执行变化过程，系统可以利用它来控制和管理进程，它是系统感知进程存在的唯一标志。

阐释:进程与进程之间都占用的是独立的内存块,它们彼此之间的数据也是独立的

优点:同时利用多个CPU,能够同时进行多个操作

缺点:耗费资源(需要重新开辟内存空间)

构造方法：

Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

　　group: 线程组，目前还没有实现，库引用中提示必须是None； 
　　target: 要执行的方法； 
　　name: 进程名； 
　　args/kwargs: 要传入方法的参数。

实例方法：

　　is_alive()：返回进程是否在运行。

　　join([timeout])：阻塞当前上下文环境的进程程，直到调用此方法的进程终止或到达指定的timeout（可选参数）。

　　start()：进程准备就绪，等待CPU调度

　　run()：strat()调用run方法，如果实例进程时未制定传入target，这star执行t默认run()方法。

　　terminate()：不管任务是否完成，立即停止工作进程

属性：

　　daemon：和线程的setDeamon功能一样

　　name：进程名字。

　　pid：进程号。

创建进程的方式有俩种

一,通过调用模块的方式来创建线程

# 进程模块
import multiprocessing
import time

def f1():
    start = time.time()
    sum = 0
    for n in range(100000000):
        sum += n
    print(sum)
    print("data:{}".format(time.time() - start))
if __name__ == '__main__':   # windows在调用进程的时候,必须加这句话,否则会报错
    li = []
    p1 = multiprocessing.Process(target=f1)
    li.append(p1)
    p2 = multiprocessing.Process(target=f1)
    li.append(p2)
    for p in li:
        p.start()
    for i in li:
        i.join()

    print("ending...")

二,通过继承类的方式(推荐)

import multiprocessing


class Process(multiprocessing.Process):
    def run(self):
        sum = 0
        for n in range(100000000):
            sum += n
        print(sum)

li = []
for i in range(2):
    p = Process()
    li.append(p)

if __name__ == '__main__':
    for p in li:
        p.start()

    for i in li:
        i.join()

    print("ending")

进程之间的通信

创建进程模块的下队列(Queue)

# 进程之间的通信   Queue
from multiprocessing import Queue, Process, Pipe
import os,time,random


def write(q):
    print("process to write{}".format(os.getpid()))
    for value in ["A","B","C"]:
        print("Put {} to queue...".format(value))
        q.put(value)
        time.sleep(random.random())


def read(q):
    print("process to read{}".format(os.getpid()))
    while True:
        value = q.get(True)
        print("Get {} from queue".format(value))

if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    pw = Process(target=write,args=(q,))  # 这里传输的q是copy的
    pr = Process(target=read,args=(q,))
    pw.start()
    pr.start()

    pw.join()
    pr.terminate()  # 强行终止进程(因为这个子进程定义了一个死循环)

管道(Pipe)

# 进程之间的通信   Pipe(类似于socket)
from multiprocessing import Queue, Process, Pipe
import os,time,random

# 说明Pipe的send是没有返回值的
pipe = Pipe()
# print(pipe)

def worker(pipe):
    time.sleep(random.random())
    for i in range(10):
        print("worker send {}".format(pipe.send(i)))


def Boss(pipe):
    while True:
        print("Boss recv {}".format(pipe.recv()))

p1 = Process(target=worker,args=(pipe[0],))
p2 = Process(target=Boss,args=(pipe[1],))
if __name__ == '__main__':

    p1.start()
    p2.start()

上述实现了进程间的数据通信,那么进程可以达到数据共享么？Sure。

前一节中, Pipe、Queue 都有一定数据共享的功能，但是他们会堵塞进程, 这里介绍的两种数据共享方式都不会堵塞进程, 而且都是多进程安全的。

A manager object returned by Manager() controls a server process which holds Python objects and allows other processes to manipulate them using proxies.

A manager returned by Manager() will support types list, dict, Namespace, Lock, RLock, Semaphore, BoundedSemaphore, Condition, Event, Barrier, Queue, Value and Array.

由上述英文我们了解到,通过Manager()可以实现进程上的数据共享,并且支持的类型也由很多，接下来看代码

from multiprocessing import Process, Manager


def f(d,l,n):
    d["name"] = "alex"
    d[n] = "1"
    l.append(n)

if __name__ == '__main__':
    with Manager() as manager:  # 类似于文件操作的with open(...)
        d = manager.dict()
        l = manager.list(range(5))
        print(d,l)

        p_list = []
        for n in range(10):
            p = Process(target=f,args=(d, l, n))
            p.start()
            p_list.append(p)

        for p in p_list:   
            p.join()           # 这儿的join必须加

        print(d)
        print(l)

# 关于数据共享的进程等待的问题,鄙人作出一些自己的理解
# 多核CPU的情况下，进程间是可以实现并行的，当然每个核处理的速度又有极其细微的差异性，速度处理稍慢些的进程在还在对数据进行处理的候，同时又想要得到数据了，自然会出现错误，所以要等待进程处理完这份数据的时候再进行操作

from multiprocessing import Process, Manager

def func(n,a):
    n.value = 50
    for i in range(len(a)):
        a[i] += 10


if __name__ == '__main__':
    with Manager() as manager:
        num = manager.Value("d", 0.0)
        ints = manager.Array("i", range(10))
        p = Process(target=func,args=(num,ints))
        p.start()
        p.join()

        print(num)
        print(ints)

输出
Value('d', 50)
array('i', [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19])

# 共享内存有两个结构，一个是 Value, 一个是 Array，这两个结构内部都实现了锁机制，因此是多进程安全的。
# Value 和 Array 都需要设置其中存放值的类型，d 是 double 类型，i 是 int 类型，具体的对应关系在Python 标准库的 sharedctypes 模块中查看。
# 上面的共享内存支持两种结构 Value 和 Array, 这些值在主进程中管理，很分散。 Python 中还有一统天下，无所不能的Manager，专门用来做数据共享。 其支持的类型非常多。

进程同步

Lock

锁是为了确保数据一致性，比如读写锁，每个进程给一个变量增加 1 ，但是如果在一个进程读取但还没有写入的时候，另外的进程也同时读取了，并写入该值，则最后写入的值是错误的，这时候就需要锁。

# 为什么引申进程同步
# 数据的一致性
import time
from multiprocessing import Lock, Process


def run(i, lock):
    with lock:  # 自动获得锁和释放锁
        time.sleep(1)
        print(i)


if __name__ == '__main__':

    lock = Lock()

    for i in range(10):
        p = Process(target=run,args=(i,lock,))
        p.start()

Lock 同时也实现了 ContextManager API, 可以结合 with 语句使用, 关于 ContextManager, 请移步 Python 学习实践笔记 装饰器 与 context 查看。

Semaphore

Semaphore 和 Lock 稍有不同，Semaphore 相当于 N 把锁，获取其中一把就可以执行了。 信号量的总数 N 在构造时传入，s = Semaphore(N)。 和 Lock 一样，如果信号量为0，则进程堵塞，直到信号大于0。

进程池

如果有50个任务要去执行,CPU只有4核,那创建50个进程完成,其实大可不必，徒增管理开销。如果只想创建4个进程，让它们轮流替完成任务，不用自己去管理具体的进程的创建销毁，那 Pool 是非常有用的。

Pool 是进程池，进程池能够管理一定的进程，当有空闲进程时，则利用空闲进程完成任务，直到所有任务完成为止

?

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def func(x):     return x*x   if __name__ == '__main__':     p_pool = pool.Pool(4)     result = p_pool.map(func,range(8))     print(result) # Pool 进程池创建4个进程，不管有没有任务，都一直在进程池中等候，等到有数据的时候就开始执行。

从上面的例子来看貌似也看不出什么效果,那么接下来自定义一个进程池

关于进程池的API用法(并不是只有俩个哦)

apply  (每个任务是排队进行,类似于串行失去意义)

apply_async  (任务都是并发进行,并且可以设置回调函数) 进程的并发其实可以称之为并行了,可以利用到多核CPU

import os,time
from multiprocessing import pool,Process


def run(n):
    # print(os.getpid())
    time.sleep(1)
    print(n)
    return n    # 该函数的返回值,是回调函数的所要传入的值


def bar(args):
    pass
    # print("bar {}".format(args))
    # print(os.getpid())

if __name__ == '__main__':
    p_pool = pool.Pool(5)   # 设置进程池中的最大放置
    for n in range(100):
        # 回调函数,就是某个函数执行成功或结束执行的函数
        p_pool.apply_async(func=run,args=(n,),callback=bar)

    p_pool.close()  # 进程的关闭和等待是有顺序的
    p_pool.join()

    print("ending")

# 看看 Pool 的执行流程，有三个阶段。第一、一个进程池接收很多任务，然后分开执行任务；第二、不再接收任务了；第三、等所有任务完成了，回家，不干了。
# 这就是上面的方法，close 停止接收新的任务，如果还有任务来，就会抛出异常。 join 是等待所有任务完成。 join 必须要在 close 之后调用，否则会抛出异常。terminate 非正常终止，内存不够用时，垃圾回收器调用的就是这个方法。

 

线程

概念:线程是应用程序中工作的最小单元，或者又称之为微进程。

组成:它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

阐释:线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。线程可以共享(调用)进程的数据资源

优点:共享内存,IO操作时候,创造并发操作

缺点:"......"(中国文化的博大精深的带引号)

 

关于多线程

多线程类似于同时执行多个不同程序，多线程运行有如下优点：

• 使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理。
• 用户界面可以更加吸引人，这样比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理，可以弹出一个进度条来显示处理的进度
• 程序的运行速度可能加快
• 在一些等待的任务实现上如用户输入、文件读写和网络收发数据等，线程就比较有用了。在这种情况下我们可以释放一些珍贵的资源如内存占用等等。

线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

每个线程都有他自己的一组CPU寄存器，称为线程的上下文，该上下文反映了线程上次运行该线程的CPU寄存器的状态。

指令指针和堆栈指针寄存器是线程上下文中两个最重要的寄存器，线程总是在进程得到上下文中运行的，这些地址都用于标志拥有线程的进程地址空间中的内存。

• 线程可以被抢占（中断）。
• 在其他线程正在运行时，线程可以暂时搁置（也称为睡眠） -- 这就是线程的退让。

线程可以分为:

• 内核线程：由操作系统内核创建和撤销。
• 用户线程：不需要内核支持而在用户程序中实现的线程。

Python3 线程中常用的两个模块为：

• _thread
• threading(推荐使用)

thread 模块已被废弃。用户可以使用 threading 模块代替。所以，在 Python3 中不能再使用"thread" 模块。为了兼容性，Python3 将 thread 重命名为 "_thread"。

Python中使用线程有两种方式：函数或者用类来包装线程对象。

Python3 通过两个标准库 _thread 和 threading 提供对线程的支持。

_thread 提供了低级别的、原始的线程以及一个简单的锁，它相比于 threading 模块的功能还是比较有限的。

threading 模块除了包含 _thread 模块中的所有方法外，还提供的其他方法：

• threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
• threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。
• threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量，与len(threading.enumerate())有相同的结果。

除了使用方法外，线程模块同样提供了Thread类来处理线程，Thread类提供了以下方法:

• run(): 用以表示线程活动的方法。
• start():启动线程活动。 
• join([time]): 等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。
• setDaemon(True):守护主线程,跟随主线程退(必须要放在start()上方)
• isAlive(): 返回线程是否活动的。
• getName(): 返回线程名。
• setName(): 设置线程名。

看了那么多废话,那么创建线程的方式有俩种,接下来看代码

一,通过调用模块的方式来创建线程(推荐使用)

import threading # 线程模块
import time
# 创建线程
def onepiece1(n):
    print("路飞正在使用橡胶火箭炮%s,攻击力%s" %(time.ctime(),n))
    time.sleep(3)
    print("路飞结束该技能%s" %time.ctime())

def onepiece2(n):
    print("艾尼路正在出雷神万击%s你,攻击力%s" %(time.ctime(),n))
    time.sleep(5)
    print("艾尼路结束该技能%s" %time.ctime())

if __name__ == '__main__':

    thread_1 = threading.Thread(target=onepiece1,args=(10,)) # 创建子线程
    thread_2 = threading.Thread(target=onepiece2,args=(9,))

    thread_1.start()
    # pyhton1.join()
    thread_2.start()
    thread_2.join() # 等待线程终止

    print("ending Fighting")

二,创建类通过继承的方式来创建线程

使用Threading模块创建线程，直接从threading.Thread继承，然后重写__init__方法和run方法：

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self,num):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.num = num

    def run(self):  # 定义每个线程要运行的函数
        print("running on number:%s" %self.num)
        time.sleep(3)
print("ending......")

if __name__ == '__main__':
    t1 = MyThread(1) # 继承这个类，把1这个参数，传给num ,t1就是个线程对象
    t2 = MyThread(2)
    t1.start()
    t2.start()

GIL

在知道线程的创建方式以及一些方法的使用后,引申一个cpython解释器的一个历史遗留问题,全局GIL锁

因为Python的线程虽然是真正的线程，但解释器执行代码时，有一个GIL锁：Global Interpreter Lock，任何Python线程执行前，必须先获得GIL锁，然后，每执行100条字节码，解释器就自动释放GIL锁，让别的线程有机会执行。这个GIL全局锁实际上把所有线程的执行代码都给上了锁，所以，多线程在Python中只能交替执行，即使100个线程跑在100核CPU上，也只能用到1个核。

当然了,也有通过别的途径提高执行效率,技术的道路上终无止境。

同步锁

多个线程共同对某个数据修改，则可能出现不可预料的结果，为了保证数据的正确性，需要对多个线程进行同步。

使用 Thread 对象的 Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步。

这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法。

对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。

def sub():
    global num
    thread_lock_A.acquire()  # 获得锁,用于线程同步
    tmep = num
    time.sleep(0.001)
    num = tmep - 1
    thread_lock_A.release()  # 释放锁,开启下一个线程
                             # 问题,加锁之后100个线程就变为了串行执行,锁内的代码
li = []
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=sub)
    t.start()
    li.append(t)

for t in li:
    t.join()
print("ending")
print(num)

 

线程的死锁和递归锁

在线程间共享多个资源的时候，如果两个线程分别占有一部分资源并且同时等待对方的资源，就会造成死锁，因为系统判断这部分资源都

正在使用，所有这两个线程在无外力作用下将一直等待下去。

解决死锁就可以用递归锁

import threading,time

# lock_A = threading.Lock()
# lock_B = threading.Lock()
r_lock = threading.RLock()


class Mythread(threading.Thread):

    def actionA(self):
        r_lock.acquire()
        print(self.name,time.ctime())
        time.sleep(2)
        r_lock.acquire()
        print(self.name,time.ctime())
        time.sleep(1)
        r_lock.release()
        r_lock.release()

    def actionB(self):
        r_lock.acquire()
        print(self.name,time.ctime())
        time.sleep(2)
        r_lock.acquire()
        print(self.name,time.ctime())
        time.sleep(1)
        r_lock.release()
        r_lock.release()

    def run(self):

        self.actionA()
        self.actionB()
li = []
for i in range(5):
    t = Mythread()
    t.start()
    li.append(t)

for t in li:
    t.join()

print("ending")

为了支持在同一线程中多次请求同一资源，python提供了“可重入锁”：threading.RLock。RLock内部维护着一个Lock和一个counter变量，counter记录了acquire的次数，从而使得资源可以被多次acquire。直到一个线程所有的acquire都被release，其他的线程才能获得资源。

信号量(Semaphore):从意义上来讲,也可以称之为一种锁

信号量：指同时开几个线程并发

  　　信号量用来控制线程并发数的，BoundedSemaphore或Semaphore管理一个内置的计数 器，每当调用acquire()时-1，调用release()时+1。

计数器不能小于0，当计数器为 0时，acquire()将阻塞线程至同步锁定状态，直到其他线程调用release()。(类似于停车位的概念)

 　　 BoundedSemaphore与Semaphore的唯一区别在于前者将在调用release()时检查计数 器的值是否超过了计数器的初始值，如果超过了将抛出一个异常。

import threading,time

class myThread(threading.Thread):
    def run(self):           #启动后，执行run方法
        if semaphore.acquire():  #加把锁，可以放进去多个（相当于5把锁，5个钥匙，同时有5个线程）
            print(self.name)
            time.sleep(5)
            semaphore.release()

if __name__=="__main__":
    semaphore=threading.Semaphore(5)  #同时能有几个线程进去（设置为5就是一次5个线程进去），类似于停车厂一次能停几辆车
    
    thrs=[] #空列表
    for i in range(100): #100个线程
        thrs.append(myThread()) #加线程对象

    for t in thrs:
        t.start()  #分别启动

同步条件(Event)

简单了解

Event对象实现了简单的线程通信机制，它提供了设置信号，清楚信号，等待等用于实现线程间的通信。

1 设置信号

使用Event的set()方法可以设置Event对象内部的信号标志为真。Event对象提供了isSet()方法来判断其内部信号标志的状态。当使用event对象的set（）方法后，isSet（）方法返回真

2 清除信号

使用Event对象的clear()方法可以清除Event对象内部的信号标志，即将其设为假，当使用Event的clear方法后，isSet()方法返回假

3 等待

Event对象wait的方法只有在内部信号为真的时候才会很快的执行并完成返回。当Event对象的内部信号标志位假时，则wait方法一直等待到其为真时才返回。

import threading, time


class Boss(threading.Thread):
    def run(self):
        print("BOSS：今晚大家都要加班到22:00。")
        print(event.isSet())
        event.set()
        time.sleep(5)
        print("BOSS：<22:00>可以下班了。")
        print(event.isSet())
        event.set()


class Worker(threading.Thread):
    def run(self):
        event.wait()
        print("Worker：哎……命苦啊！")
        time.sleep(1)
        event.clear()
        event.wait()
        print("Worker：OhYeah!")


if __name__ == "__main__":
    event = threading.Event()
    threads = []
    for i in range(5):
        threads.append(Worker())
    threads.append(Boss())
    for t in threads:
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()

Event内部包含了一个标志位，初始的时候为false。
可以使用使用set()来将其设置为true；
或者使用clear()将其从新设置为false；
可以使用is_set()来检查标志位的状态；
另一个最重要的函数就是wait(timeout=None)，用来阻塞当前线程，直到event的内部标志位被设置为true或者timeout超时。如果内部标志位为true则wait()函数理解返回。

多线程利器——队列(queue)

因为列表是不安全的数据结构,所以引申了新的模块——队列

# 列表是不安全的数据结构     举个简单的例子

li = [1, 2, 3, 4, 5]


def remove():
    while True:
        xx = li[-1]
        print(xx)
        time.sleep(1)
        li.remove(xx)


A = threading.Thread(target=remove)
B = threading.Thread(target=remove)

A.start()
B.start()

Python 的 queue 模块中提供了同步的、线程安全的队列类，包括FIFO（先入先出)队列Queue，LIFO（后入先出）队列LifoQueue，和优先级队列 PriorityQueue。

这些队列都实现了锁原语，能够在多线程中直接使用，可以使用队列来实现线程间的同步。

queue 模块中的常用方法:

• queue.qsize() 返回队列的大小
• queue.empty() 如果队列为空，返回True,反之False
• queue.full() 如果队列满了，返回True,反之False
• queue.full 与 maxsize 大小对应
• queue.get([block[, timeout]])获取队列，timeout等待时间
• queue.get_nowait() 相当queue.get(False)
• queue.put(item) 写入队列，timeout等待时间
• queue.put_nowait(item) 相当Queue.put(item, False)
• queue.task_done() 在完成一项工作之后，queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号
• queue.join() 实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

import queue

# 队列有三种模式
# 先进先出
qu = queue.Queue()

qu.put("alex")
qu.put(123)
qu.put({"age":18})

while True:
    print(qu.get())
    print("————————")

# 先进后出
qu = queue.LifoQueue()

qu.put("alex")
qu.put(123)
qu.put({"age":18})

while True:
    print(qu.get())
    print("————————")

# 优先级

q = queue.PriorityQueue(3)  # 设定大小

q.put([1, "alex"])
q.put([3, 123])
q.put([2, {"age":18}])
# q.put([4,456])  # 如果装的大于设定大小,也会阻塞(等待)

# while True:
#     print(q.get()[1])  # get当取不到值之后会等待
#     print("————————")

print(q.qsize())  # 查看当前队列有多少个
print(q.empty())  # 判断是否为空
print(q.full())   # 判断是否为满

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# 实例 import queue import threading import time   go = False  # 设定标识位     class MyThread(threading.Thread):     def __init__(self, threadID, name, q):         threading.Thread.__init__(self)         self.threadID = threadID         self.name = name         self.q = q       def run(self):         print("开启线程:{}".format(self.name))         process_data(self.name,self.q)         print("退出线程:{}".format(self.name))     def process_data(thread_name,q):     while not go:         queue_lock.acquire()        # 获得锁         if not work_queue.empty():  # 如果队列为空返回True,反之False             data = q.get()          # 向队列取值,先进先出             queue_lock.release()    # 释放锁             print("{} processing {}".format(thread_name,data))         else:             queue_lock.release()         time.sleep(1)   thread_list = ["Thread-1", "Thread-2", "Thread-3"] name_list = ["one", "two", "three", "four", "five"] queue_lock = threading.Lock()  # 同步锁   work_queue = queue.Queue(10) threads = [] threads_ID = 1   # 创建新线程 for t in thread_list:     thread = MyThread(threads_ID,t,work_queue)  # 创建线程     thread.start()          # 启动线程     threads.append(thread)  # 追加线程对象到列表     threads_ID += 1         # ID自加1   # 填充队列 queue_lock.acquire() for name in name_list:     work_queue.put(name)  # 向队列填充 queue_lock.release()   # 等待队列清空.  清空返回True,则此循环会跳过 while not work_queue.empty():     pass   # 改变状态,通知线程退出 go = True   # 等待所有线程完成 for t in threads:     t.join() print("退出主线程。")

生产者与消费者模型

在这个现实社会中，生活中处处充满了生产和消费.

什么是生产者消费者模型

在 工作中，可能会碰到这样一种情况：某个模块负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理（此处的模块是广义的，可以是类、函数、线程、进程等）。产生数据的模块，就形象地称为生产者；而处理数据的模块，就称为消费者。在生产者与消费者之间在加个缓冲区，形象的称之为仓库，生产者负责往仓库了进商 品，而消费者负责从仓库里拿商品，这就构成了生产者消费者模型。结构图如下

生产者消费者模型的优点

1、解耦

假设生产者和消费者分别是两个类。如果让生产者直接调用消费者的某个方法，那么生产者对于消费者就会产生依赖（也就是耦合）。将来如果消费者的代码发生变化， 可能会影响到生产者。而如果两者都依赖于某个缓冲区，两者之间不直接依赖，耦合也就相应降低了。

举个例子，我们去邮局投递信件，如果不使用邮筒（也就是缓冲区），你必须得把信直接交给邮递员。有同学会说，直接给邮递员不是挺简单的嘛？其实不简单，你必须 得认识谁是邮递员，才能把信给他（光凭身上穿的制服，万一有人假冒，就惨了）。这就产生和你和邮递员之间的依赖（相当于生产者和消费者的强耦合）。万一哪天邮递员换人了，你还要重新认识一下（相当于消费者变化导致修改生产者代码）。而邮筒相对来说比较固定，你依赖它的成本就比较低（相当于和缓冲区之间的弱耦合）。

2、支持并发

由于生产者与消费者是两个独立的并发体，他们之间是用缓冲区作为桥梁连接，生产者只需要往缓冲区里丢数据，就可以继续生产下一个数据，而消费者只需要从缓冲区了拿数据即可，这样就不会因为彼此的处理速度而发生阻塞。

接上面的例子，如果我们不使用邮筒，我们就得在邮局等邮递员，直到他回来，我们把信件交给他，这期间我们啥事儿都不能干（也就是生产者阻塞），或者邮递员得挨家挨户问，谁要寄信（相当于消费者轮询）。

3、支持忙闲不均

缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢，缓冲区的好处就体现出来了。当数据制造快的时候，消费者来不及处理，未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。 等生产者的制造速度慢下来，消费者再慢慢处理掉。

为了充分复用，再拿寄信的例子来说事。假设邮递员一次只能带走1000封信。万一某次碰上情人节（也可能是圣诞节）送贺卡，需要寄出去的信超过1000封，这时 候邮筒这个缓冲区就派上用场了。邮递员把来不及带走的信暂存在邮筒中，等下次过来 时再拿走。

对生产者与消费者模型的阐释就进行到这里,用代码实现生产者与消费者模型

import time,random
import queue,threading

q = queue.Queue()

def Producer(name):
  count = 0
  while count <10:
    print("making.....正在制作包子...")
    time.sleep(5)
    q.put(count)
    print('Producer %s has produced %s baozi..' %(name, count))
    count +=1
    q.join()
    print("ok......")

def Consumer(name):
  count = 0
  while count <10:
        time.sleep(random.randrange(4))  # 产生一个随机数（1秒-3秒之间）
        data = q.get()
        print("eating.......")
        time.sleep(4)  # 4秒钟这后
        q.task_done()  # 给他发一个信号,才打印ok
        print('\033[32;1mConsumer %s has eat %s baozi...\033[0m' %(name, data))
        count +=1

p1 = threading.Thread(target=Producer, args=('A君',))
c1 = threading.Thread(target=Consumer, args=('B君',))
c2 = threading.Thread(target=Consumer, args=('C君',))
c3 = threading.Thread(target=Consumer, args=('D君',))

p1.start()
c1.start()
c2.start()
c3.start()

import threading, time, queue

q = queue.Queue()


def consumer(q):
    while True:
        msg = q.get()
        if isinstance(msg, str) and msg == "quit":
            break
        else:
            print(msg)
    print("Bye byes")


def producer():
    start_time = time.time()
    while time.time() - start_time < 5:
        q.put('something at %s' % time.time())
        time.sleep(1)
    q.put('quit')

factory =threading.Thread(target=producer)
worker = threading.Thread(target=consumer, args=(q,))

factory.start()  # 开启生产者线程
worker.start()   # 开启消费者线程

协程

在学习异步IO模型前，先来了解协程。

一大波阐释即将到临，非高能请注意闪躲(仔细阅读)

概念：协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。 是非抢占式的程序 主要也是解决I/O操作的

协程的概念很早就提出来了，但直到最近几年才在某些语言（如Lua）中得到广泛应用。

子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。

所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。

子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。

协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。

优点：

优点1: 协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。

优点2: 不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。

因为协程是一个线程执行，那怎么利用多核CPU呢？最简单的方法是多进程+协程，既充分利用多核，又充分发挥协程的高效率，可获得极高的性能。

在此引申了下生成器的内容

# 生成器
def f():

    print("ok")
    s = yield 6
    print(s)
    print("ok2")
    yield

gen=f()
# print(gen)
# next(gen)  # 方法一
# next(gen)

RET=gen.__next__()  # 方法二
print(RET)

gen.send(5)  # 方法三

 

import time
import queue

def consumer(name):
    print("--->ready to eat baozi........")
    while True:
        new_baozi = yield  # yield实现上下文切换，传包子进来
        print("[%s] is eating baozi %s" % (name,new_baozi))
        #time.sleep(1)

def producer():

    r = con.__next__()
    r = con2.__next__()
    n = 0
    while 1:
        time.sleep(1)
        print("\033[32;1m[producer]\033[0m is making baozi %s and %s" %(n,n+1) )
        con.send(n)  # 发送告诉他有包子了
        con2.send(n+1)

        n +=2

if __name__ == '__main__':
    con = consumer("c1")
    con2 = consumer("c2")
    producer()

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()
gr2.switch()

Gevent

import gevent
import requests,time

start_time = time.time()


def get_url(url):
    print("get: {}".format(url))
    resp = requests.get(url)
    data = resp.text
    print(len(data),url)

# get_url('https://www.python.org/')
# get_url('https://www.yahoo.com/')
# get_url('https://www.baidu.com/')
# get_url('https://www.sina.com.cn/')
# get_url('http://www.xiaohuar.com/')

gevent.joinall(
    [
        gevent.spawn(get_url, 'https://www.python.org/'),
        gevent.spawn(get_url, 'https://www.yahoo.com/'),
        gevent.spawn(get_url, 'https://www.baidu.com/'),
        gevent.spawn(get_url, 'https://www.sina.com.cn/'),
        gevent.spawn(get_url,'http://www.xiaohuar.com/')
    ]
)


print(time.time()-start_time)

协程的优势：

1、没有切换的消耗

2、没有锁的概念

有一个问题：能用多核吗？

答：可以采用多进程+协程，是一个很好的解决并发的方案