python 协程

Posted 2021-01-11 nonzero

进程和线程都会的切换都要消耗时间，保存线程进程当前状态以便下次继续执行。在不怎么需要cpu的程序中，即相对于IO密集型的程序，协程相对于线程进程资源消耗更小，切换更快，更适用于IO密集型。协程也是单线程的，没法利用cpu的多核，想利用cpu多核可以通过，进程+协程的方式，又或者进程+线程+协程。

 

1、协程的简单实现

协程的原理是通过生成器实现，如下：程序执行到19行，执行consumer函数到13行，next生成器，执行producer函数到8行停下，返回consumer函数13行继续往下执行，循环一次再次来到13行，生成器函数将从上次yield停下的地方往下执行。循环如此就完成就完成了并发的效果。

但有人可能会说我用循环顺序执行两个函数结果也一样啊，如下第2例子。当这里想说的是，这样并不能保留函数的执行的位置，只是简单的一个函数执行结束换到另一个函数而已，遇到需要cpu等待的操作也没法切换。在遇到需要cpu等待的操作主动让出cpu，记住函数执行的位置，下次切换回来继续执行才能算是并发的运行，提高程序的并发效果。

 1 import time
 2 
 3 
 4 def producer():
 5     while True:
 6         time.sleep(1)
 7         print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
 8         yield
 9 
10 
11 def consumer():
12     while True:
13         next(prd)
14         print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
15 
16 
17 if __name__ == "__main__":
18     prd = producer()
19     consumer()
20 
21 
22 # 输出结果
23 +++++ 1个包子 16:22:30
24 ----- 1个包子 16:22:30
25 +++++ 1个包子 16:22:31
26 ----- 1个包子 16:22:31
27 +++++ 1个包子 16:22:32
28 ----- 1个包子 16:22:32
29 +++++ 1个包子 16:22:33
30 ----- 1个包子 16:22:33

协程简单实现生产者与消费者

 1 import time
 2 
 3 
 4 def producer():
 5     time.sleep(1)
 6     print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
 7 
 8 
 9 def consumer():
10     print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
11 
12 
13 if __name__ == "__main__":
14     while True:
15         producer()
16         consumer()
17 
18 
19 # 输出结果
20 +++++ 1个包子 16:22:30
21 ----- 1个包子 16:22:30
22 +++++ 1个包子 16:22:31
23 ----- 1个包子 16:22:31
24 +++++ 1个包子 16:22:32
25 ----- 1个包子 16:22:32
26 +++++ 1个包子 16:22:33
27 ----- 1个包子 16:22:33

顺序执行效果

 

2、greenlet

greenlet模块需要安装，pip install greenlet。greenlet原理是对生成器的封装。greenlet类提供了一个方法，switch：在需要进行切换的时候切换到指定的协程。

 1 from greenlet import greenlet
 2 import time
 3 
 4 
 5 def producer():
 6     while True:
 7         time.sleep(1)
 8         print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
 9         gr2.switch()  # 切换到gr2运行
10 
11 
12 
13 def consumer():
14     while True:
15         print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
16         gr1.switch()  # 切换到gr1运行
17 
18 
19 if __name__ == "__main__":
20     gr1 = greenlet(producer)
21     gr2 = greenlet(consumer)
22     gr1.switch()  # 切换到gr1运行
23 
24 
25 # 输出结果
26 +++++ 1个包子 09:39:45
27 ----- 1个包子 09:39:45
28 +++++ 1个包子 09:39:46
29 ----- 1个包子 09:39:46
30 +++++ 1个包子 09:39:47
31 ----- 1个包子 09:39:47

greenlet简单实现

 

3、gevent

gevent模块也需要安装，pip install gevent。gevent是对gevent的再次封装，能自动识别耗时操作切换到其它协程。注意gevent遇到耗时操作才会切换协程运行，没有遇到耗时操作是不会主动切换的。

gevent.spawn(*args, **kwargs)    不定长参数中的第一个参数为协程执行的方法fn，其余的依次为 fn 的参数。开启了协程后要调用join方法。

gevent模块中识别耗时的操作有两种方式，① 使用gevent模块中重写的类。如，gevent.socket  gevent.sleep  ② 打补丁的方式，在所有的代码前。from gevent import  monkey 导入这个模块，monkey.patch_all()调用这个方法。

推荐使用第二种方式，这样就不用更改已经写好的代码

 1 import time
 2 import gevent
 3 
 4 
 5 def producer():
 6     for i in range(3):
 7         time.sleep(1)
 8         print("+++++ 1个包子", name, time.strftime("%X"))
 9 
10 
11 def consumer():
12     for i in range(3):
13         time.sleep(1)
14         print("----- 1个包子", name, time.strftime("%X"))
15 
16 
17 if __name__ == "__main__":
18     g1 = gevent.spawn(producer, "zhangsan")
19     g2 = gevent.spawn(consumer, "lisi")
20     g1.join()
21     g2.join()
22 
23 
24 # 输出结果
25 +++++ 1个包子 zhangsan 10:42:38
26 +++++ 1个包子 zhangsan 10:42:39
27 +++++ 1个包子 zhangsan 10:42:40
28 ----- 1个包子 lisi 10:42:41
29 ----- 1个包子 lisi 10:42:42
30 ----- 1个包子 lisi 10:42:43

正常情况下gevent并不会识别耗时操作

 1 import time
 2 import gevent
 3 
 4 
 5 def producer():
 6     for i in range(3):
 7         gevent.sleep(1)
 8         print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
 9 
10 
11 def consumer():
12     for i in range(3):
13         gevent.sleep(1)
14         print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
15 
16 
17 if __name__ == "__main__":
18     g1 = gevent.spawn(producer)
19     g2 = gevent.spawn(consumer)
20     g1.join()
21     g2.join()
22 
23 
24 # 输出结果
25 +++++ 1个包子 10:43:04
26 ----- 1个包子 10:43:04
27 +++++ 1个包子 10:43:05
28 ----- 1个包子 10:43:05
29 +++++ 1个包子 10:43:06
30 ----- 1个包子 10:43:06

gevent识别耗时操作方式1，使用gevent中的模块

 1 import time
 2 import gevent
 3 from gevent import monkey
 4 monkey.patch_all()
 5 
 6 
 7 def producer():
 8     for i in range(3):
 9         time.sleep(1)
10         print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
11 
12 
13 def consumer():
14     for i in range(3):
15         time.sleep(1)
16         print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
17 
18 
19 if __name__ == "__main__":
20     g1 = gevent.spawn(producer)
21     g2 = gevent.spawn(consumer)
22     g1.join()
23     g2.join()
24 
25 
26 # 输出结果
27 +++++ 1个包子 10:44:04
28 ----- 1个包子 10:44:04
29 +++++ 1个包子 10:44:05
30 ----- 1个包子 10:44:05
31 +++++ 1个包子 10:44:06
32 ----- 1个包子 10:44:06

gevent识别耗时操作方式2，打补丁

当开启的协程很多的时候，一个个的调用join方法就有点麻烦，所以gevent提供了一个方法joinall()，可以一次join所有的协程。joinall() 方法传参一个列表，列表包含了所有的协程。

 1 import time
 2 import gevent
 3 from gevent import monkey
 4 monkey.patch_all()
 5 
 6 
 7 def producer(name):
 8     for i in range(3):
 9         time.sleep(1)
10         print("+++++ 1个包子", name, time.strftime("%X"))
11 
12 
13 def consumer(name):
14     for i in range(3):
15         time.sleep(1)
16         print("----- 1个包子",  name, time.strftime("%X"))
17 
18 
19 if __name__ == "__main__":
20     gevent.joinall([gevent.spawn(producer, "zhangsan"), gevent.spawn(consumer, "lisi")])
21 
22 
23 # 输出结果
24 +++++ 1个包子 zhangsan 10:51:34
25 ----- 1个包子 lisi 10:51:34
26 +++++ 1个包子 zhangsan 10:51:35
27 ----- 1个包子 lisi 10:51:35
28 +++++ 1个包子 zhangsan 10:51:36
29 ----- 1个包子 lisi 10:51:36

joinall

 

4、协程应用，并发服务器

服务端收到客户端消息，并原样发送回去

 1 import socket
 2 import gevent
 3 from gevent import monkey
 4 
 5 monkey.patch_all()
 6 
 7 
 8 def fn(conn):
 9     msg = conn.recv(1024).decode("utf-8")
10     print("服务的收到>>>", msg)
11     conn.send(msg.encode("utf-8"))
12 
13 
14 sk = socket.socket()
15 sk.bind(("127.0.0.1", 8899))
16 sk.listen()
17 while True:
18     conn, addr = sk.accept()
19     print("已连接服务器-->", addr)
20     gevent.spawn(fn, conn)
21 sk.close()
22 
23 
24 # 输出结果
25 已连接服务器--> (‘127.0.0.1‘, 53878)
26 已连接服务器--> (‘127.0.0.1‘, 53879)
27 已连接服务器--> (‘127.0.0.1‘, 53880)
28 服务的收到>>> client1
29 服务的收到>>> client2
30 服务的收到>>> client3

server

 1 import socket
 2 
 3 sk = socket.socket()
 4 sk.connect(("127.0.0.1", 8899))
 5 msg = input("客户端发送的内容>>> ")
 6 sk.send(msg.encode("utf-8"))
 7 msg = sk.recv(1024).decode("utf-8")
 8 print("客户端收到>>>", msg)
 9 sk.close()
10 
11 
12 # 输出结果
13 客户端发送的内容>>> client1
14 客户端收到>>> client1

client