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  • 理解Python协程:从yield/send到yield from再到async/await

     

    Python中的协程大概经历了如下三个阶段: 
    1. 最初的生成器变形yield/send 
    2. 引入@asyncio.coroutine和yield from 
    3. 在最近的Python3.5版本中引入async/await关键字

    一、生成器变形yield/send

    普通函数中如果出现了yield关键字,那么该函数就不再是普通函数,而是一个生成器。

    def mygen(alist):
        while len(alist) > 0:
            c = randint(0, len(alist)-1)
            yield alist.pop(c)
    a = ["aa","bb","cc"]
    c=mygen(a)
    print(c)
    
    输出:<generator object mygen at 0x02E5BF00>
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    像上面代码中的c就是一个生成器。生成器就是一种迭代器,可以使用for进行迭代。生成器函数最大的特点是可以接受外部传入的一个变量,并根据变量内容计算结果后返回。 
    这一切都是靠生成器内部的send()函数实现的。

    def gen():
        value=0
        while True:
            receive=yield value
            if receive=='e':
                break
            value = 'got: %s' % receive
    
    g=gen()
    print(g.send(None))    
    print(g.send('hello'))
    print(g.send(123456))
    print(g.send('e'))
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    上面生成器函数中最关键也是最易理解错的,就是receive=yield value这句,如果对循环体的执行步骤理解错误,就会失之毫厘,差之千里。 
    其实receive=yield value包含了3个步骤: 
    1、向函数外抛出(返回)value 
    2、暂停(pause),等待next()或send()恢复 
    3、赋值receive=MockGetValue() 。 这个MockGetValue()是假想函数,用来接收send()发送进来的值

    执行流程: 
    1、通过g.send(None)或者next(g)启动生成器函数,并执行到第一个yield语句结束的位置。这里是关键,很多人就是在这里搞糊涂的。运行receive=yield value语句时,我们按照开始说的拆开来看,实际程序只执行了1,2两步,程序返回了value值,并暂停(pause),并没有执行第3步给receive赋值。因此yield value会输出初始值0。这里要特别注意:在启动生成器函数时只能send(None),如果试图输入其它的值都会得到错误提示信息。

    2、通过g.send('hello'),会传入hello,从上次暂停的位置继续执行,那么就是运行第3步,赋值给receive。然后计算出value的值,并回到while头部,遇到yield value,程序再次执行了1,2两步,程序返回了value值,并暂停(pause)。此时yield value会输出”got: hello”,并等待send()激活。

    3、通过g.send(123456),会重复第2步,最后输出结果为”got: 123456″。

    4、当我们g.send(‘e’)时,程序会执行break然后推出循环,最后整个函数执行完毕,所以会得到StopIteration异常。

    从上面可以看出, 在第一次send(None)启动生成器(执行1–>2,通常第一次返回的值没有什么用)之后,对于外部的每一次send(),生成器的实际在循环中的运行顺序是3–>1–>2,也就是先获取值,然后dosomething,然后返回一个值,再暂停等待。

    二、yield from

    看一段代码:

    def g1():     
         yield  range(5)
    def g2():
         yield  from range(5)
    
    it1 = g1()
    it2 = g2()
    for x in it1:
        print(x)
    
    for x in it2:
        print(x)
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    输出: 
    range(0, 5) 




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    这说明yield就是将range这个可迭代对象直接返回了。 
    而yield from解析了range对象,将其中每一个item返回了。 
    yield from iterable本质上等于for item in iterable: yield item的缩写版 
    来看一下例子,假设我们已经编写好一个斐波那契数列函数

    def fab(max):
         n,a,b = 0,0,1
         while n < max:
              yield b
              # print b
              a, b = b, a + b
              n = n + 1
    f=fab(5) 
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    fab不是一个普通函数,而是一个生成器。因此fab(5)并没有执行函数,而是返回一个生成器对象(生成器一定是迭代器iterator,迭代器一定是可迭代对象iterable) 
    现在我们来看一下,假设要在fab()的基础上实现一个函数,调用起始都要记录日志

    def f_wrapper(fun_iterable):
        print('start')
        for item  in fun_iterable:
            yield item
         print('end')
    wrap = f_wrapper(fab(5))
    for i in wrap:
        print(i,end=' ')
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    现在使用yield from代替for循环

    import logging
    def f_wrapper2(fun_iterable):
        print('start')
        yield from fun_iterable  #注意此处必须是一个可生成对象
        print('end')
    wrap = f_wrapper2(fab(5))
    for i in wrap:
        print(i,end=' ')
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    再强调一遍:yield from后面必须跟iterable对象(可以是生成器,迭代器)

    三、asyncio.coroutine和yield from

    yield from在asyncio模块中得以发扬光大。之前都是我们手工切换协程,现在当声明函数为协程后,我们通过事件循环来调度协程。

    先看示例代码:

    import asyncio,random
    @asyncio.coroutine
    def smart_fib(n):
        index = 0
        a = 0
        b = 1
        while index < n:
            sleep_secs = random.uniform(0, 0.2)
            yield from asyncio.sleep(sleep_secs) #通常yield from后都是接的耗时操作
            print('Smart one think {} secs to get {}'.format(sleep_secs, b))
            a, b = b, a + b
            index += 1
    
    @asyncio.coroutine
    def stupid_fib(n):
        index = 0
        a = 0
        b = 1
        while index < n:
            sleep_secs = random.uniform(0, 0.4)
            yield from asyncio.sleep(sleep_secs) #通常yield from后都是接的耗时操作
            print('Stupid one think {} secs to get {}'.format(sleep_secs, b))
            a, b = b, a + b
            index += 1
    
    if __name__ == '__main__':
        loop = asyncio.get_event_loop()
        tasks = [
            smart_fib(10),
            stupid_fib(10),
        ]
        loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
        print('All fib finished.')
        loop.close()
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    yield from语法可以让我们方便地调用另一个generator。 
    本例中yield from后面接的asyncio.sleep()是一个coroutine(里面也用了yield from),所以线程不会等待asyncio.sleep(),而是直接中断并执行下一个消息循环。当asyncio.sleep()返回时,线程就可以从yield from拿到返回值(此处是None),然后接着执行下一行语句。 
    asyncio是一个基于事件循环的实现异步I/O的模块。通过yield from,我们可以将协程asyncio.sleep的控制权交给事件循环,然后挂起当前协程;之后,由事件循环决定何时唤醒asyncio.sleep,接着向后执行代码。 
    协程之间的调度都是由事件循环决定。 
    yield from asyncio.sleep(sleep_secs) 这里不能用time.sleep(1)因为time.sleep()返回的是None,它不是iterable,还记得前面说的yield from后面必须跟iterable对象(可以是生成器,迭代器)。 
    所以会报错:

    yield from time.sleep(sleep_secs) 
    TypeError: ‘NoneType’ object is not iterable

    四、async和await

    弄清楚了asyncio.coroutine和yield from之后,在Python3.5中引入的async和await就不难理解了:可以将他们理解成asyncio.coroutine/yield from的完美替身。当然,从Python设计的角度来说,async/await让协程表面上独立于生成器而存在,将细节都隐藏于asyncio模块之下,语法更清晰明了。 
    加入新的关键字 async ,可以将任何一个普通函数变成协程

    import time,asyncio,random
    async def mygen(alist):
        while len(alist) > 0:
            c = randint(0, len(alist)-1)
            print(alist.pop(c))
    a = ["aa","bb","cc"]
    c=mygen(a)
    print(c)
    输出:
    <coroutine object mygen at 0x02C6BED0>
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    在上面程序中,我们在前面加上async,该函数就变成一个协程了。

    但是async对生成器是无效的。async无法将一个生成器转换成协程。 
    还是刚才那段代码,我们把print改成yield

    async def mygen(alist):
        while len(alist) > 0:
            c = randint(0, len(alist)-1)
            yield alist.pop(c)
    a = ["ss","dd","gg"]
    c=mygen(a)
    print(c)
    
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    可以看到输出

    <async_generator object mygen at 0x02AA7170>
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    并不是coroutine 协程对象

    所以我们的协程代码应该是这样的

    import time,asyncio,random
    async def mygen(alist):
        while len(alist) > 0:
            c = random.randint(0, len(alist)-1)
            print(alist.pop(c))
            await asyncio.sleep(1) 
    strlist = ["ss","dd","gg"]
    intlist=[1,2,5,6]
    c1=mygen(strlist)
    c2=mygen(intlist)
    print(c1)
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    要运行协程,要用事件循环 
    在上面的代码下面加上:

    if __name__ == '__main__':
            loop = asyncio.get_event_loop()
            tasks = [
            c1,
            c2
            ]
            loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
            print('All fib finished.')
            loop.close()
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    就可以看到交替执行的效果。

    本文参考 
    http://python.jobbole.com/81911/ 
    http://python.jobbole.com/86069/

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