协程

一、概述　

　　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。

　　首先要明确，线程和进程都是系统帮咱们开辟的，不管是thread还是process他内部都是调用的系统的API
而对于协程来说它和系统毫无关系！他就和程序员有关系，对于线程和进程来说，调度是由CPU来决定调度的！对于协程来说，程序员就是上帝，你想让谁执行到哪里他就执行到哪里。

　　协程存在的意义：对于多线程应用，CPU通过切片的方式来切换线程间的执行，线程切换时需要耗时（保存状态，下次继续）。协程，则只使用一个线程，在一个线程中规定某个代码块执行顺序。

　　适用场景：其实在其他语言中，协程的其实是意义不大的多线程即可已解决I/O的问题，但是在python因为他有GIL（Global Interpreter Lock 全局解释器锁 ）在同一时间只有一个线程在工作，所以：如果一个线程里面I/O操作特别多，协程就比较适用。

二、协程利弊

　　好处：

• 无需线程的上下文切换开销
• 无需原子操作锁定和同步开销　

　　　　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I/O）会阻塞掉整个程序

三、用yield实现协程

　　用generator中的yield可以在一定程度上实现协程。比如传统的生产者和消费者模型，我们通过队列在生产者和消费者之间传递信息，用锁来保证数据安全。如果改用协程，生产者产生消息后，直接通过yield跳转到消费者开始执行，待消费者执行完毕后，切换到生产者继续生产，效率极高：　　

def consumer(name):
    print("--->[%s] starting eating baozi..." % name)
    while True:
        new_baozi = yield      # 设置成生成器
        print("[%s] is eating baozi %s" % (name, new_baozi))


def producer():
    con.__next__()   # 调用生成器
    con2.__next__()
    n = 0
    while n < 5:
        n += 1
        print("33[32;1m[producer]33[0m is making baozi %s" % n)
        con.send(n)   # 给生成器传值
        con2.send(n)


if __name__ == '__main__':
    con = consumer("c1")
    con2 = consumer("c2")
    p = producer()

 　　

四、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。

　　我们随意切换什么呢？遇到I/O操作就切换。因为I/O操作比较耗时，如果一直在等待I/O操作，cpu就闲置，利用率大大降低。所以让程序在I/O操作时切换到其他程序运行，I/O完成后再切换回来，就能提供cpu利用率，让人感觉在做并发处理。

　　所以标准的协程：　　

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

　　实现一个手动的切换：　

from greenlet import greenlet


def test1():
    print(12)
    gr2.switch()
    print(34)
    gr2.switch()


def test2():
    print(56)
    gr1.switch()
    print(78)


gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)
gr1.switch()

　　上面的程序还是没有实现I/O自动切换