22-Python-协程

1、协程的概念

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

符合一下条件就能称之为协程：

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操作自动切换到其它协程

2、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

from greenlet import greenlet


def func1():
    print("第一条打印信息")  # step2
    gr2.switch()  # step3
    print("这儿是第三条打印信息")  # step6
    gr2.switch()  # step7


def func2():
    print("这里才是第二条打印信息")  # step4
    gr1.switch()  # step5
    print("老哥，这才是最后一条打印信息")  # step8


gr1 = greenlet(func1)
gr2 = greenlet(func2)
gr1.switch()  # step1

3、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 func1():
    print("func1函数打印的第一条消息...")  # step1
    gevent.sleep(2)  # step2。一碰到I/O操作就自动切换
    print("func1函数切换回来打印的消息...")


def func2():
    print("func2函数打印的第一条消息...")  # step3
    gevent.sleep(1)  # step4
    print("func2函数切换回来打印的消息...")


def func3():
    print("func3函数打印的第一条消息...")  # step5
    gevent.sleep(0)  # step6
    print("func3函数切换回来打印的消息...")


gevent.joinall([
    gevent.spawn(func1),
    gevent.spawn(func2),
    gevent.spawn(func3)
])

# 输出结果如下:
func1函数打印的第一条消息...
func2函数打印的第一条消息...
func3函数打印的第一条消息...
func3函数切换回来打印的消息...
func2函数切换回来打印的消息...
func1函数切换回来打印的消息...

4、同步和异步的性能差别

from urllib import request
import gevent
import time
from gevent import monkey
monkey.patch_all()  # 把当前程序的所有I/O操作都单独做上标记


def f(url):
    print("GET: %s" % url)
    resp = request.urlopen(url)
    data = resp.read()
    print("%d bytes received from %s" % (len(data), url))
    # f = open("url.html", "wb")
    # f.write(data)
    # f.close()


urls = ["https://www.python.org",
        "https://www.yahoo.com",
        "https://github.com",
        ]
start_time = time.time()
for url in urls:
    f(url)

print("同步抓取网页花费的时间:", time.time() - start_time)

print("下面是异步".center(50, "-"))

async_start_time = 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("异步抓取网页花费的时间:", time.time() - async_start_time)

# 打印结果:

GET: https://www.python.org
48860 bytes received from https://www.python.org
GET: https://www.yahoo.com
527907 bytes received from https://www.yahoo.com
GET: https://github.com
51878 bytes received from https://github.com
同步抓取网页花费的时间: 6.071749210357666
----------------------下面是异步-----------------------
GET: https://www.python.org
GET: https://www.yahoo.com
GET: https://github.com
48860 bytes received from https://www.python.org
51878 bytes received from https://github.com
528360 bytes received from https://www.yahoo.com
异步抓取网页花费的时间: 2.586545467376709

5、通过gevent实现单线程下的多socket并发

import socket
import gevent

from gevent import socket, monkey

monkey.patch_all()


def server(ip, port):
    s = socket.socket()
    s.bind((ip, port))
    s.listen(500)
    while True:
        cli, addr = s.accept()
        # print(cli)
        print("建立与IP[%s] PORT[%s]的客户端连接" % (addr[0], addr[1]))
        gevent.spawn(handle_request, cli)


def handle_request(conn):
    try:
        while True:
            print("等待接收数据...")
            data = conn.recv(1024)
            print("received:", data.decode("utf-8"))
            conn.send(data.upper())
            if not data:
                conn.shutdown(socket.SHUT_WR)

    except Exception as ex:
        print(ex)
    finally:
        conn.close()


if __name__ == "__main__":
    print("正在监听客户端连接...")
    server("0.0.0.0", 8001)