协程
协程
协程,又称微线程,纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程: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(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。
协程的好处:
- 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
- "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。
- 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。
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
使用yield实现协程操作例子
import time def consumer(name): print("--->starting eating baozi...") while 1: new_baozi = yield print("{} is eating {}".format(name,new_baozi)) def producer(): conn = consumer("c1") conn1 = consumer("c2") conn.__next__() conn1.__next__() for i in range(5): print("\033[33;1m[producer]\033[0m is making baozi {}".format(i)) conn.send(i) conn1.send(i) time.sleep(1) if __name__ == "__main__": producer()
看楼上的例子,我问你这算不算做是协程呢?你说,我他妈哪知道呀,你前面说了一堆废话,但是并没告诉我协程的标准形态呀,我腚眼一想,觉得你说也对,那好,我们先给协程一个标准定义,即符合什么条件就能称之为协程:
- 必须在只有一个单线程里实现并发
- 修改共享数据不需加锁
- 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
- 一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程
基于上面这4点定义,我们刚才用yield实现的程并不能算是合格的线程,因为它有一点功能没实现,哪一点呢?第4点,遇到io操作不能自动切换
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
def test1(): print(12) gr2.switch() #切换到test2 print(34) gr2.switch() def test2(): print(56) gr1.switch() print(78) gr1 = greenlet(test1) gr2 = greenlet(test2) gr1.switch() #切换到test1
感觉确实用着比generator还简单了呢,但好像还没有解决一个问题,就是遇到IO操作,自动切换,对不对?
遇到IO自动切换
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,time import urllib.request from gevent import monkey monkey.patch_all() #为所有的io操作打上标记,如果不执行该操作,gevent捕捉不到io操作,程序就是同步的 def f(url): print("GET:{}".format(url)) resp = urllib.request.urlopen(url) data = resp.read() print("{} bytes received from {}".format(len(data),url)) urls = [ 'https://www.python.org/', 'https://www.yahoo.com/', 'https://github.com/' ] time_start = time.time() for url in urls: f(url) print("syn need time {}".format(time.time()-time_start)) asyn_time_start = time.time() gevent.joinall( [ gevent.spawn(f,'https://www.python.org/'), gevent.spawn(f,'https://www.yahoo.com/'), gevent.spawn(f,'https://github.com/') ] ) print("asyn need time {}".format(time.time()-asyn_time_start)) 结果: GET:https://www.python.org/ 48751 bytes received from https://www.python.org/ GET:https://www.yahoo.com/ 476839 bytes received from https://www.yahoo.com/ GET:https://github.com/ 55428 bytes received from https://github.com/ syn need time 10.2451171875 GET:https://www.python.org/ GET:https://www.yahoo.com/ GET:https://github.com/ 474105 bytes received from https://www.yahoo.com/ 48751 bytes received from https://www.python.org/ 55428 bytes received from https://github.com/ asyn need time 2.609440326690674
使用协程来处理服务器多并发
#服务器端 import socket,gevent from gevent import monkey monkey.patch_all() def server(): s = socket.socket() s.bind(("0.0.0.0",3000)) s.listen() while True: conn,addr = s.accept() gevent.spawn(handle_request,conn) def handle_request(conn): try: while True: data = conn.recv(1024) print("recv:",data) conn.send(data) if not data: break except Exception as ex: print(ex) finally: conn.close() server() #客户端 import socket s = socket.socket() s.connect(("localhost",3000)) while True: msg = bytes(input(">>"),encoding="utf-8") s.sendall(msg) data = s.recv(1024) print("Received",data) s.close()