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  • python 异步IO-协程

    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。

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