参考链接:https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/001432090171191d05dae6e129940518d1d6cf6eeaaa969000、
协程和子程序:
在学习异步IO模型前,先了解下协程,协程和子程序有些类似。协程看上去像子程序,但协程的调用和子程序的调用有些不同。
子程序:
子程序,或者称为函数,在所有语言中都是层级调用,比如A调用B,B在执行过程中又调用了C,C执行完毕返回,B执行完毕返回,最后是A执行完毕。所以子程序调用是通过栈实现的,一个线程就是执行一个子程序。子程序调用总是一个入口,一次返回,调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。
协程看上去像子程序,但执行过程中,在子程序内部可中断,然后转而执行别的子程序,在适当的时候再返回来接着执行。注意,在一个子程序中中断,去执行其他子程序,不是函数调用,有点类似CPU的中断。比如子程序A、B:
def A(): print('1') print('2') print('3') def B(): print('x') print('y') print('z')
假设由协程执行,在执行A的过程中,可以随时中断,去执行B,B也可能在执行过程中中断再去执行A,结果可能是:
1 2 x y 3 z
但是在A中是没有调用B的,所以协程的调用比函数调用理解起来要难一些。
协程和多线程:
起来A、B的执行有点像多线程,但协程的特点在于是一个线程执行,那和多线程比,协程有何优势?
最大的优势就是没有线程切换的开销带来了协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换,而是由程序自身控制,因此,没有线程切换的开销,和多线程比,线程数量越多,协程的性能优势就越明显。
第二大优势就是不需要多线程的锁机制,因为只有一个线程,也不存在同时写变量冲突,在协程中控制共享资源不加锁,只需要判断状态就好了,所以执行效率比多线程高很多。
使用“多线程+协程”的方式最大限度的发挥多核CPU的效率
因为协程是一个线程执行,那怎么利用多核CPU呢?最简单的方法是多进程+协程,既充分利用多核,又充分发挥协程的高效率,可获得极高的性能。
Python对协程的支持是通过generator实现的。
在generator中,我们不但可以通过 for 循环来迭代,还可以不断调用 next() 函数获取由 yield 语句返回的下一个值。
但是Python的 yield 不但可以返回一个值,它还可以接收调用者发出的参数。
来看例子:
传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息,一个线程取消息,通过锁机制控制队列和等待,但一不小心就可能死锁而且,现成多的话还会造成没有那么高的执行效率。
如果改用协程,生产者生产消息后,直接通过 yield 跳转到消费者开始执行,待消费者执行完毕后,切换回生产者继续生产,效率极高:
def consumer(): r = '' while True: n = yield r #当被别人调用,通过yield拿到数据,进行处理,将下面的代码执行完后,又会通过yield语句返回 值(此处是r) if not n: return print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n) r = '200 OK' def produce(c): c.send(None)#来启动生成器 n = 0 while n < 5: n = n + 1 print('[PRODUCER] Producing %s...' % n) r = c.send(n)#调用consumer()消费,即已生产除了东西,就调用consumer
#拿到返回值r,继续生产下一个消息
print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)
c.close() c = consumer() produce(c)
执行结果:
[PRODUCER] Producing 1... [CONSUMER] Consuming 1... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 2... [CONSUMER] Consuming 2... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 3... [CONSUMER] Consuming 3... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 4... [CONSUMER] Consuming 4... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 5... [CONSUMER] Consuming 5... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK
整个流程无锁,由一个线程执行, produce 和 consumer 协作完成任务,所以称为“协程”,而非线程的抢占式多任务。