python 协程学习

Posted 2020-10-08

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：

1.无需线程上下文切换的开销
2.无需原子操作锁定及同步的开销
3.方便切换控制流，简化编程模型
4.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

Greenlet

from greenlet import greenlet

def test1():
print(1)
gr2.switch()
print(4)
gr2.switch()
def test2():
print(2)
gr3.switch()
print(5)
gr3.switch()
def test3():
print(3)
gr1.switch()
print(6)
gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)
gr3 = greenlet(test3)
gr1.switch()


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 test1():
print(1)
gevent.sleep(2)
print(4)
def test2():
print(2)
gevent.sleep(1)
print(5)
def test3():
print(3)
gevent.sleep(0)
print(6)
gevent.joinall([
gevent.spawn(test1),
gevent.spawn(test2),
gevent.spawn(test3),
])

同步与异步的性能区别

import gevent

def task(pid):
"""
Some non-deterministic task
"""
gevent.sleep(0.5)
print(‘Task %s done‘ % pid)

def synchronous():
for i in range(1,10):
task(i)

def asynchronous():
threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)]
gevent.joinall(threads)

print(‘Synchronous:‘)
synchronous()

print(‘Asynchronous:‘)
asynchronous()

上面程序的重要部分是将task函数封装到Greenlet内部线程的gevent.spawn。 初始化的greenlet列表存放在数组threads中，此数组被传给gevent.joinall 函数，后者阻塞当前流程，并执行所有给定的greenlet。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。

遇到IO阻塞时会自动切换任务

from gevent import monkey; monkey.patch_all()
import gevent
from urllib.request import urlopen

def f(url):
print(‘GET: %s‘ % url)
resp = urlopen(url)
data = resp.read()
print(‘%d bytes received from %s.‘ % (len(data), url))

gevent.joinall([
gevent.spawn(f, ‘https://www.python.org/‘),
gevent.spawn(f, ‘https://www.yahoo.com/‘),
gevent.spawn(f, ‘https://github.com/‘),
])

通过gevent实现单线程下的多socket并发

server side

import sys
import socket
import time
import gevent

from gevent import socket,monkey
monkey.patch_all()

def server(port):
s = socket.socket()
s.bind((‘0.0.0.0‘, port))
s.listen(500)
while True:
cli, addr = s.accept()
gevent.spawn(handle_request, cli)

def handle_request(conn):
try:
while True:
data = conn.recv(1024)
print("recv:", data)
conn.send(data)
if not data:
conn.shutdown(socket.SHUT_WR)

except Exception as ex:
print(ex)
finally:
conn.close()
if __name__ == ‘__main__‘:
server(8001)

client side

import socket

HOST = ‘localhost‘ # The remote host
PORT = 8001 # The same port as used by the server
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
while True:
msg = bytes(input(">>:"),encoding="utf8")
s.sendall(msg)
data = s.recv(1024)
#print(data)

print(‘Received‘, repr(data))
s.close()