一、協(xié)程介紹

1、引子

　　本節(jié)的主題是基于單線程來實現(xiàn)并發(fā)，即只用一個主線程（很明顯可利用的cpu只有一個）情況下實現(xiàn)并發(fā)，為此我們需要先回顧下并發(fā)的本質(zhì)：切換+保存狀態(tài)。cpu正在運行一個任務(wù)，會在兩種情況下切走去執(zhí)行其他的任務(wù)（切換由操作系統(tǒng)強制控制），一種情況是該任務(wù)發(fā)生了阻塞，另外一種情況是該任務(wù)計算的時間過長或有一個優(yōu)先級更高的程序替代了它。

ps：在介紹進程理論時，提及進程的三種執(zhí)行狀態(tài)，而線程才是執(zhí)行單位，所以也可以將上圖理解為線程的三種狀態(tài)?

　　一：其中第二種情況并不能提升效率，只是為了讓cpu能夠雨露均沾，實現(xiàn)看起來所有任務(wù)都被“同時”執(zhí)行的效果，如果多個任務(wù)都是純計算的，這種切換反而會降低效率。為此我們可以基于yield來驗證。yield本身就是一種在單線程下可以保存任務(wù)運行狀態(tài)的方法，我們來簡單復(fù)習(xí)一下：

　　1、yiled可以保存狀態(tài)，yield的狀態(tài)保存與操作系統(tǒng)的保存線程狀態(tài)很像，但是yield是代碼級別控制的，更輕量級

　　2 、send可以把一個函數(shù)的結(jié)果傳給另外一個函數(shù)，以此實現(xiàn)單線程內(nèi)程序之間的切換??

#串行執(zhí)行 import time def consumer(res):'''任務(wù)1:接收數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)'''passdef producer():'''任務(wù)2:生產(chǎn)數(shù)據(jù)'''res=[]for i in range(10000000):res.append(i)return resstart=time.time() #串行執(zhí)行 res=producer() consumer(res) #寫成consumer(producer())會降低執(zhí)行效率 stop=time.time() print(stop-start) #1.5536692142486572#基于yield并發(fā)執(zhí)行 import time def consumer():'''任務(wù)1:接收數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)'''while True:x=yielddef producer():'''任務(wù)2:生產(chǎn)數(shù)據(jù)'''g=consumer()next(g)for i in range(10000000):g.send(i)start=time.time() #基于yield保存狀態(tài),實現(xiàn)兩個任務(wù)直接來回切換,即并發(fā)的效果 #PS:如果每個任務(wù)中都加上打印,那么明顯地看到兩個任務(wù)的打印是你一次我一次,即并發(fā)執(zhí)行的. producer()stop=time.time() print(stop-start) #2.0272178649902344

?　　二：第一種情況的切換。在任務(wù)一遇到io情況下，切到任務(wù)二去執(zhí)行，這樣就可以利用任務(wù)一阻塞的時間完成任務(wù)二的計算，效率的提升就在于此。

import time def consumer():'''任務(wù)1:接收數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)'''while True:x=yielddef producer():'''任務(wù)2:生產(chǎn)數(shù)據(jù)'''g=consumer()next(g)for i in range(10000000):g.send(i)time.sleep(2)start=time.time() producer() #并發(fā)執(zhí)行,但是任務(wù)producer遇到io就會阻塞住,并不會切到該線程內(nèi)的其他任務(wù)去執(zhí)行 stop=time.time() print(stop-start)

???對于單線程下，我們不可避免程序中出現(xiàn)io操作，但如果我們能在自己的程序中（即用戶程序級別，而非操作系統(tǒng)級別）控制單線程下的多個任務(wù)能在一個任務(wù)遇到io阻塞時就切換到另外一個任務(wù)去計算，這樣就保證了該線程能夠最大限度地處于就緒態(tài)，即隨時都可以被cpu執(zhí)行的狀態(tài)，相當(dāng)于我們在用戶程序級別將自己的io操作最大限度地隱藏起來，從而可以迷惑操作系統(tǒng)，讓其看到：該線程好像是一直在計算，io比較少，從而更多的將cpu的執(zhí)行權(quán)限分配給我們的線程。

? ? 協(xié)程的本質(zhì)就是在單線程下，由用戶自己控制一個任務(wù)遇到io阻塞了就切換另外一個任務(wù)去執(zhí)行，以此來提升效率。為了實現(xiàn)它，我們需要找尋一種可以同時滿足以下條件的解決方案：

1. 可以控制多個任務(wù)之間的切換，切換之前將任務(wù)的狀態(tài)保存下來，以便重新運行時，可以基于暫停的位置繼續(xù)執(zhí)行。

2. 作為1的補充：可以檢測io操作，在遇到io操作的情況下才發(fā)生切換

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2、協(xié)程是啥

　　協(xié)程：是單線程下的并發(fā)，又稱微線程，纖程。英文名Coroutine。一句話說明什么是線程：協(xié)程是一種用戶態(tài)的輕量級線程，即協(xié)程是由用戶程序自己控制調(diào)度的。

　　需要強調(diào)的是：

　　1. python的線程屬于內(nèi)核級別的，即由操作系統(tǒng)控制調(diào)度（如單線程遇到io或執(zhí)行時間過長就會被迫交出cpu執(zhí)行權(quán)限，切換其他線程運行）

　　2. 單線程內(nèi)開啟協(xié)程，一旦遇到io，就會從應(yīng)用程序級別（而非操作系統(tǒng)）控制切換，以此來提升效率（！！！非io操作的切換與效率無關(guān)）

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對比操作系統(tǒng)控制線程的切換，用戶在單線程內(nèi)控制協(xié)程的切換

優(yōu)點如下：

1. 協(xié)程的切換開銷更小，屬于程序級別的切換，操作系統(tǒng)完全感知不到，因而更加輕量級

2. 單線程內(nèi)就可以實現(xiàn)并發(fā)的效果，最大限度地利用cpu

缺點如下：

1. 協(xié)程的本質(zhì)是單線程下，無法利用多核，可以是一個程序開啟多個進程，每個進程內(nèi)開啟多個線程，每個線程內(nèi)開啟協(xié)程

2. 協(xié)程指的是單個線程，因而一旦協(xié)程出現(xiàn)阻塞，將會阻塞整個線程

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總結(jié)協(xié)程特點：

　　必須在只有一個單線程里實現(xiàn)并發(fā)

　　修改共享數(shù)據(jù)不需加鎖

　　用戶程序里自己保存多個控制流的上下文棧

　　一個協(xié)程遇到IO操作自動切換到其它協(xié)程（如何實現(xiàn)檢測IO，yield、greenlet都無法實現(xiàn)，就用到了gevent模塊（select機制））

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二、Greenlet模塊

　　如果我們在單個線程內(nèi)有20個任務(wù)，要想實現(xiàn)在多個任務(wù)之間切換，使用yield生成器的方式過于麻煩（需要先得到初始化一次的生成器，然后再調(diào)用send。。。非常麻煩），而使用greenlet模塊可以非常簡單地實現(xiàn)這20個任務(wù)直接的切換。

#安裝 pip3 install greenlet from greenlet import greenletdef eat(name):print('%s eat 1' %name)g2.switch('egon')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('egon')#可以在第一次switch時傳入?yún)?shù)，以后都不需要

單純的切換（在沒有io的情況下或者沒有重復(fù)開辟內(nèi)存空間的操作），反而會降低程序的執(zhí)行速度

#順序執(zhí)行 import time def f1():res=1for i in range(100000000):res+=idef f2():res=1for i in range(100000000):res*=istart=time.time() f1() f2() stop=time.time() print('run time is %s' %(stop-start)) #10.985628366470337#切換 from greenlet import greenlet import time def f1():res=1for i in range(100000000):res+=ig2.switch()def f2():res=1for i in range(100000000):res*=ig1.switch()start=time.time() g1=greenlet(f1) g2=greenlet(f2) g1.switch() stop=time.time() print('run time is %s' %(stop-start)) # 52.763017892837524

　　greenlet只是提供了一種比generator更加便捷的切換方式，當(dāng)切到一個任務(wù)執(zhí)行時如果遇到io，那就原地阻塞，仍然是沒有解決遇到IO自動切換來提升效率的問題。單線程里的這20個任務(wù)的代碼通常會既有計算操作又有阻塞操作，我們完全可以在執(zhí)行任務(wù)1時遇到阻塞，就利用阻塞的時間去執(zhí)行任務(wù)2。。。。如此，才能提高效率，這就用到了Gevent模塊。

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三、Gevent介紹

　??安裝?pip3 install gevent

　　Gevent 是一個第三方庫，可以輕松通過gevent實現(xiàn)并發(fā)同步或異步編程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C擴展模塊形式接入Python的輕量級協(xié)程。 Greenlet全部運行在主程序操作系統(tǒng)進程的內(nèi)部，但它們被協(xié)作式地調(diào)度。

#用法 g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)創(chuàng)建一個協(xié)程對象g1，spawn括號內(nèi)第一個參數(shù)是函數(shù)名，如eat，后面可以有多個參數(shù)，可以是位置實參或關(guān)鍵字實參，都是傳給函數(shù)eat的g2=gevent.spawn(func2)g1.join() #等待g1結(jié)束 g2.join() #等待g2結(jié)束#或者上述兩步合作一步：gevent.joinall([g1,g2]) g1.value#拿到func1的返回值

遇到IO阻塞時會自動切換任務(wù)

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

上例gevent.sleep(2)模擬的是gevent可以識別的io阻塞,而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接識別的需要用下面一行代碼,打補丁,就可以識別了

from gevent import monkey;monkey.patch_all()必須放到被打補丁者的前面，如time，socket模塊之前或者我們干脆記憶成：要用gevent，需要將from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的開頭

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_phone) gevent.joinall([g1,g2]) print('主')

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我們可以用threading.current_thread().getName()來查看每個g1和g2，查看的結(jié)果為DummyThread-n，即假線程。

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四、Gevent之同步與異步

from gevent import spawn,joinall,monkey;monkey.patch_all()import time
def task(pid):"""Some non-deterministic task"""time.sleep(0.5)print('Task %s done' % pid)def synchronous():for i in range(10):task(i)def asynchronous():g_l=[spawn(task,i) for i in range(10)]joinall(g_l)if __name__ == '__main__':print('Synchronous:')synchronous()print('Asynchronous:')asynchronous() #上面程序的重要部分是將task函數(shù)封裝到Greenlet內(nèi)部線程的gevent.spawn。
初始化的greenlet列表存放在數(shù)組threads中，此數(shù)組被傳給gevent.joinall 函數(shù)，后者阻塞當(dāng)前流程，并執(zhí)行所有給定的greenlet。
執(zhí)行流程只會在所有g(shù)reenlet執(zhí)行完后才會繼續(xù)向下走。

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五、協(xié)程應(yīng)用

爬蟲：

from gevent import monkey;monkey.patch_all() import gevent import requests import timedef get_page(url):print('GET: %s' %url)response=requests.get(url)if response.status_code == 200:print('%d bytes received from %s' %(len(response.text),url))start_time=time.time() gevent.joinall([gevent.spawn(get_page,'https://www.python.org/'),gevent.spawn(get_page,'https://www.yahoo.com/'),gevent.spawn(get_page,'https://github.com/'), ]) stop_time=time.time() print('run time is %s' %(stop_time-start_time))

通過gevent實現(xiàn)單線程下的socket并發(fā)（from gevent import monkey;monkey.patch_all()一定要放到導(dǎo)入socket模塊之前，否則gevent無法識別socket的阻塞）

#服務(wù)端程序from gevent import monkey;monkey.patch_all() from socket import * import gevent#如果不想用money.patch_all()打補丁,可以用gevent自帶的socket # from gevent import socket # s=socket.socket()def server(server_ip,port):s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)s.bind((server_ip,port))s.listen(5)while True:conn,addr=s.accept()gevent.spawn(talk,conn,addr)def talk(conn,addr):try:while True:res=conn.recv(1024)print('client %s:%s msg: %s' %(addr[0],addr[1],res))conn.send(res.upper())except Exception as e:print(e)finally:conn.close()if __name__ == '__main__':server('127.0.0.1',8080) #客戶端程序#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = 'YL'from socket import *client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) client.connect(('127.0.0.1',8080))while True:msg=input('>>: ').strip()if not msg:continueclient.send(msg.encode('utf-8'))msg=client.recv(1024)print(msg.decode('utf-8')) #多線程并發(fā)多個客戶端from threading import Thread from socket import * import threadingdef client(server_ip,port):c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #套接字對象一定要加到函數(shù)內(nèi)，即局部名稱空間內(nèi)，放在函數(shù)外則被所有線程共享，則大家公用一個套接字對象，那么客戶端端口永遠(yuǎn)一樣了 c.connect((server_ip,port))count=0while True:c.send(('%s say hello %s' %(threading.current_thread().getName(),count)).encode('utf-8'))msg=c.recv(1024)print(msg.decode('utf-8'))count+=1
if __name__ == '__main__':for i in range(500):t=Thread(target=client,args=('127.0.0.1',8080))t.start()

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/Andy0827/p/9152070.html

總結(jié)

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