线程进程与协程2

Posted Zoe233

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了线程进程与协程2相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一、协程

什么是协程?

协程,又名微线程,纤程,英文名为Coroutine。

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。

 

CPU只认识线程,不认识协程。线程的寄存器在CPU上,协程的寄存器不在CPU上。

yield就是在单线程下通过yield切换的协程。

 

协程的好处?

1.使用协程,无需线程上下文切换的开销。

用协程在单线程下实现并发效果,实际上是在单线程下实现函数之间的切换,不涉及CPU的切换。

2.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,中间不会有任务的context switch(上下文切换——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。

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。

 

 协程的缺点?

 1.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。

 2.进行阻塞Blocking操作(如IO时)会阻塞掉整个程序

 

 协程的标准定义,标准形态

符合标准的协程必须满足以下4点的功能:

1.必须在只有一个单线程里实现并发

2.修改共享数据不需要加锁

3.用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈

4.一个协程遇到IO操作自动切换到其他协程

 

 

greenlet 和 Gevent

Python通过yield提供了对协程的基本支持,但是不完全。而第三方的gevent为Python提供了比较完善的协程支持。

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.

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。

gevent通过greenlet实现协程,其基本思想是:

  当一个greenlet遇到IO操作时,比如访问网络,就自动切换到其他的greenlet,等到IO操作完成,再在适当的时候切换回来继续执行。由于IO操作非常耗时,经常使程序处于等待状态,有了gevent为我们自动切换协程,就保证总有greenlet在运行,而不是等待IO。

  

greenlet实例:

 1 from greenlet import greenlet
 2 def test1():
 3     print(12)
 4     gr2.switch()  #step3:切换到gr2,运行test2() print(56)
 5     print(34)
 6     gr2.switch()  #step5:切换到gr2,运行test2() print(78)
 7 
 8 def test2():  
 9     print(56)
10     gr1.switch() #step4:切换到gr1,运行test1()  print(34)
11     print(78)
12 
13 gr1=greenlet(test1)  #step1:生成greenlet实例
14 gr2=greenlet(test2)
15 gr1.switch()  #step2:切换到gr1,运行test1() print(12)
View Code

返回:

greenlet通过switch()手动切换函数,在单线程下实现协程的效果。

 

Gevent实例:

 1 import gevent
 2 def fun1():
 3     print(1)
 4     gevent.sleep(1)
 5     print(2)
 6 
 7 def fun2():
 8     print(3)
 9     gevent.sleep(1)
10     print(4)
11 
12 def fun3():
13     print(5)
14     gevent.sleep(4)
15     print(6)
16 
17 gevent.joinall([
18     gevent.spawn(fun1),
19     gevent.spawn(fun2),
20     gevent.spawn(fun3)
21 ])
View Code

返回:

注意:gevent中的方法:

gevent.joinall(greenlets,timeout=None,raise_error=False,count=None)

gevent.spawn(*args,**kwargs)

 

实例:遇到IO阻塞时自动切换任务:

由于切换是在IO操作时自动完成,所以gevent需要修改Python自带的一些标准库,这一过程在启动时通过monkey patch完成:

 1 import gevent
 2 from urllib.request import urlopen  #由于gevent无法监测urllib中的IO操作,所以要加上monkey.patch_all(),做上标记后后实现IO的自动切换。
 3 import re
 4 def f(url):
 5     print(url)
 6     resp=urlopen(url)  #生成一个urlopen实例
 7     data=resp.read()  #读取urlopen实例化对象的内容
 8     print(len(data),url)
 9 
10 
11 gevent.joinall([
12     gevent.spawn(f,\'http://sh.gsxt.gov.cn/notice/notice/view?uuid=tJrWRfxkMtxQqih9h7lwTujrR0nXE6pM&tab=01\'),
13     gevent.spawn(f,\'https://www.tianyancha.com/company/22823\'),
14     gevent.spawn(f,\'https://www.tianyancha.com/login?from=https%3A%2F%2Fwww.tianyancha.com%2Fcompany%2F24489290\')
15 ])
View Code

注意:在gevent中无法判断直接引用是不清楚urllib中是否有IO切换的,只要在脚本最前面加上“from gevent import monkey;monkey.patch_all()”就可以实现在IO操作前进行标记。

 

 

实例:通过gevent实现单线程下的多socket并发

server端:

 1 import sys
 2 import socket
 3 import time
 4 import gevent
 5 
 6 from gevent import monkey,socket
 7 monkey.patch_all()
 8 
 9 def server(port):
10     s=socket.socket()
11     s.bind((\'0.0.0.0\',port))
12     s.listen(500)
13     while True:
14         cli,addr=s.accept()
15         gevent.spawn(handle_request,cli)
16 
17 def handle_request(conn):
18     try:
19         while True:
20             data=conn.recv(1024)
21             print(\'recv:\',data)
22             conn.send(data)
23             if not data:
24                 conn.shutdown(socket.SHUT_WR)
25 
26     except Exception as ex:
27         print(ex)
28     finally:
29         conn.close()
30 
31 if __name__==\'__main__\':
32     server(8001)
View Code

client端:

 1 import socket
 2 
 3 HOST = \'localhost\'  # The remote host
 4 PORT = 8001  # The same port as used by the server
 5 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 6 s.connect((HOST, PORT))
 7 while True:
 8     msg = bytes(input(">>:"), encoding="utf-8")
 9     s.sendall(msg)
10     data = s.recv(1024)
11     print(\'Received\', data)
12 
13 s.close()
View Code

这个实例通过协程实现了一个大规模的多并发的socket server。

 

 论事件驱动与异步IO

通常,我们写服务器处理模型的程序时,有以下几种模型:

(1) 每收到一个请求,创建一个新的进程来处理该请求;  server=socketserver.ForkingTCPServer()

(2) 每收到一个请求,创建一个新的线程来处理该请求;  server=socketserver.ThreadingTCPServer()

(3) 每收到一个请求,放入一个事件列表,让主进程通过非阻塞I/O方式(协程)来处理请求

上面的方法的优劣:

第一种方法,由于创建新的进程的开销比较大,所以会导致服务器性能比较差,但实现比较简单。

第二种方法,由于要涉及到线程的同步,有可能会面临死锁等问题。

第三种方法,在写应用程序代码时,逻辑比前面两种都复杂。

综合考虑,一般普遍认为第三种方式是大多数网络服务器采用的方式。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

异步IO

 

以上是关于线程进程与协程2的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

线程进程与协程2

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Python并发编程——多线程与协程

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Python:线程进程与协程——概念

Python:线程进程与协程——线程池