一唾糯、python協(xié)程概念的引入
之前我們學(xué)習(xí)了線程爽撒、進(jìn)程的概念蕊唐，了解了在操作系統(tǒng)中進(jìn)程是資源分配的最小單位,線程是CPU調(diào)度的最小單位。按道理來說我們已經(jīng)算是把cpu的利用率提高很多了简十。但是我們知道無論是創(chuàng)建多進(jìn)程還是創(chuàng)建多線程來解決問題檬某，都要消耗一定的時(shí)間來創(chuàng)建進(jìn)程、創(chuàng)建線程螟蝙、以及管理他們之間的切換橙喘。
隨著我們對于效率的追求不斷提高，基于單線程來實(shí)現(xiàn)并發(fā)又成為一個(gè)新的課題胶逢，即只用一個(gè)主線程（很明顯可利用的cpu只有一個(gè)）情況下實(shí)現(xiàn)并發(fā)厅瞎。這樣就可以節(jié)省創(chuàng)建線進(jìn)程所消耗的時(shí)間。
為此我們需要先回顧下并發(fā)的本質(zhì)：切換+保存狀態(tài)
cpu正在運(yùn)行一個(gè)任務(wù)初坠，會(huì)在兩種情況下切走去執(zhí)行其他的任務(wù)（切換由操作系統(tǒng)強(qiáng)制控制）和簸，一種情況是該任務(wù)發(fā)生了阻塞，另外一種情況是該任務(wù)計(jì)算的時(shí)間過長image.png
一：其中第二種情況并不能提升效率碟刺，只是為了讓cpu能夠雨露均沾锁保，實(shí)現(xiàn)看起來所有任務(wù)都被“同時(shí)”執(zhí)行的效果，如果多個(gè)任務(wù)都是純計(jì)算的，這種切換反而會(huì)降低效率爽柒。
為此我們可以基于yield來驗(yàn)證吴菠。yield本身就是一種在單線程下可以保存任務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的方法。
1. yiled可以保存狀態(tài)浩村，yield的狀態(tài)保存與操作系統(tǒng)的保存線程狀態(tài)很像做葵，但是yield是代碼級(jí)別控制的，更輕量級(jí)
2. send可以把一個(gè)函數(shù)的結(jié)果傳給另外一個(gè)函數(shù)心墅，以此實(shí)現(xiàn)單線程內(nèi)程序之間的切換
二：第一種情況的切換酿矢。在任務(wù)一遇到io情況下，切到任務(wù)二去執(zhí)行怎燥，這樣就可以利用任務(wù)一阻塞的時(shí)間完成任務(wù)二的計(jì)算瘫筐，效率的提升就在于此。
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對于單線程下铐姚，我們不可避免程序中出現(xiàn)io操作策肝，但如果我們能在自己的程序中（即用戶程序級(jí)別，而非操作系統(tǒng)級(jí)別）控制單線程下的多個(gè)任務(wù)能在一個(gè)任務(wù)遇到io阻塞時(shí)就切換到另外一個(gè)任務(wù)去計(jì)算隐绵，這樣就保證了該線程能夠最大限度地處于就緒態(tài)之众，即隨時(shí)都可以被cpu執(zhí)行的狀態(tài)，相當(dāng)于我們在用戶程序級(jí)別將自己的io操作最大限度地隱藏起來氢橙，從而可以迷惑操作系統(tǒng)，讓其看到：該線程好像是一直在計(jì)算恬偷，io比較少悍手，從而更多的將cpu的執(zhí)行權(quán)限分配給我們的線程。
協(xié)程的本質(zhì)就是在單線程下袍患，由用戶自己控制一個(gè)任務(wù)遇到io阻塞了就切換另外一個(gè)任務(wù)去執(zhí)行坦康，以此來提升效率。
二诡延、協(xié)程概念
協(xié)程：是單線程下的并發(fā)滞欠，又稱微線程，纖程肆良。英文名Coroutine筛璧。
一句話說明什么是協(xié)程：
協(xié)程是一種用戶態(tài)的輕量級(jí)線程，即協(xié)程是由用戶程序自己控制調(diào)度的惹恃。
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強(qiáng)調(diào)：
python的線程屬于內(nèi)核級(jí)別的夭谤，即由操作系統(tǒng)控制調(diào)度（如單線程遇到io或執(zhí)行時(shí)間過長就會(huì)被迫交出cpu執(zhí)行權(quán)限，切換其他線程運(yùn)行）
單線程內(nèi)開啟協(xié)程巫糙，一旦遇到io朗儒，就會(huì)從應(yīng)用程序級(jí)別（而非操作系統(tǒng)）控制切換，以此來提升效率（！Ｗ沓乏悄！非io操作的切換與效率無關(guān)）
對比操作系統(tǒng)控制線程的切換，用戶在單線程內(nèi)控制協(xié)程的切換
優(yōu)點(diǎn)：
協(xié)程的切換開銷更小恳不，屬于程序級(jí)別的切換檩小，操作系統(tǒng)完全感知不到，因而更加輕量級(jí)
單線程內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)的效果妆够，最大限度地利用cpu
缺點(diǎn)：
協(xié)程的本質(zhì)是單線程下识啦，無法利用多核，可以是一個(gè)程序開啟多個(gè)進(jìn)程神妹，每個(gè)進(jìn)程內(nèi)開啟多個(gè)線程颓哮，每個(gè)線程內(nèi)開啟協(xié)程
協(xié)程指的是單個(gè)線程，因而一旦協(xié)程出現(xiàn)阻塞鸵荠，將會(huì)阻塞整個(gè)線程
總結(jié)協(xié)程特點(diǎn)：
-- 必須在只有一個(gè)單線程里實(shí)現(xiàn)并發(fā)
-- 修改共享數(shù)據(jù)不需加鎖
-- 用戶程序里自己保存多個(gè)控制流的上下文棧
-- 附加：一個(gè)協(xié)程遇到IO操作自動(dòng)切換到其它協(xié)程（如何實(shí)現(xiàn)檢測IO冕茅，yield、greenlet都無法實(shí)現(xiàn)蛹找，就用到了gevent模塊（select機(jī)制））
三姨伤、Greenlet模塊
安裝：pip3 install greenlet
單純的切換（在沒有io的情況下或者沒有重復(fù)開辟內(nèi)存空間的操作），反而會(huì)降低程序的執(zhí)行速度
#順序執(zhí)行
import time
def f1():
res=1
for i in range(100000000):
res+=I
def f2():
res=1
for i in range(100000000):
res*=I
start=time.time()
f1()
f2()
stop=time.time()
print('run time is %s' %(stop-start)) #10.985628366470337
#切換
from greenlet import greenlet
import time
def f1():
res=1
for i in range(100000000):
res+=I
g2.switch()
def f2():
res=1
for i in range(100000000):
res*=I
g1.switch()
start=time.time()
g1=greenlet(f1)
g2=greenlet(f2)
g1.switch()
stop=time.time()
print('run time is %s' %(stop-start)) # 52.763017892837524
greenlet只是提供了一種比generator更加便捷的切換方式庸疾，當(dāng)切到一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)如果遇到io乍楚，那就原地阻塞，仍然是沒有解決遇到IO自動(dòng)切換來提升效率的問題届慈。
單線程里的這20個(gè)任務(wù)的代碼通常會(huì)既有計(jì)算操作又有阻塞操作徒溪，我們完全可以在執(zhí)行任務(wù)1時(shí)遇到阻塞，就利用阻塞的時(shí)間去執(zhí)行任務(wù)2金顿。臊泌。。揍拆。如此渠概，才能提高效率，這就用到了Gevent模塊嫂拴。
四播揪、Gevent模塊
安裝：pip3 install gevent
Gevent 是一個(gè)第三方庫，可以輕松通過gevent實(shí)現(xiàn)并發(fā)同步或異步編程筒狠，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C擴(kuò)展模塊形式接入Python的輕量級(jí)協(xié)程剪芍。 Greenlet全部運(yùn)行在主程序操作系統(tǒng)進(jìn)程的內(nèi)部，但它們被協(xié)作式地調(diào)度窟蓝。
g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程對象g1罪裹，spawn括號(hào)內(nèi)第一個(gè)參數(shù)是函數(shù)名饱普，如eat，后面可以有多個(gè)參數(shù)状共，可以是位置實(shí)參或關(guān)鍵字實(shí)參套耕，都是傳給函數(shù)eat的
g2=gevent.spawn(func2)
g1.join() #等待g1結(jié)束
g2.join() #等待g2結(jié)束
或者上述兩步合作一步：gevent.joinall([g1,g2])
g1.value#拿到func1的返回值
import gevent
def eat(name):
print('%s eat 1' %name)
gevent.sleep(2)
print('%s eat 2' %name)
def play(name):
print('%s play 1' %name)
gevent.sleep(1)
print('%s play 2' %name)
g1=gevent.spawn(eat,'egon')
g2=gevent.spawn(play,name='egon')
g1.join()
g2.join()
#或者gevent.joinall([g1,g2])
print('主')
上例gevent.sleep(2)模擬的是gevent可以識(shí)別的io阻塞,****而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接識(shí)別的需要用下面一行代碼,打補(bǔ)丁,就可以識(shí)別了。
.
from gevent import monkey;monkey.patch_all()必須放到被打補(bǔ)丁者的前面峡继，如time冯袍，socket模塊之前**
.
或者我們干脆記憶成：要用gevent，需要將from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的開頭
import gevent
import time
def eat():
print('eat food 1')
time.sleep(2)
print('eat food 2')
def play():
print('play 1')
time.sleep(1)
print('play 2')
g1=gevent.spawn(eat)
g2=gevent.spawn(play)
gevent.joinall([g1,g2])
print('主')
Gevent之同步與異步：
import time
def task(pid):
"""
Some non-deterministic task
"""
time.sleep(0.5)
print('Task %s done' % pid)
def synchronous(): # 同步
for i in range(10):
task(i)
def asynchronous(): # 異步
g_l=[spawn(task,i) for i in range(10)]
joinall(g_l)
print('DONE')
if __name__ == '__main__':
print('Synchronous:')
synchronous()
print('Asynchronous:')
asynchronous()
# 上面程序的重要部分是將task函數(shù)封裝到Greenlet內(nèi)部線程的gevent.spawn碾牌。
# 初始化的greenlet列表存放在數(shù)組threads中康愤，此數(shù)組被傳給gevent.joinall 函數(shù)，
# 后者阻塞當(dāng)前流程舶吗，并執(zhí)行所有給定的greenlet任務(wù)征冷。執(zhí)行流程只會(huì)在所有g(shù)reenlet執(zhí)行完后才會(huì)繼續(xù)向下走。
五誓琼、asyncio模塊
asyncio是Python 3.4版本引入的標(biāo)準(zhǔn)庫检激，直接內(nèi)置了對異步IO的支持。asyncio的異步操作腹侣，需要在coroutine中通過yield from完成叔收。
import asyncio
# asyncio.coroutine裝飾器是用來標(biāo)記這個(gè)函數(shù)是一個(gè)協(xié)程函數(shù)
@asyncio.coroutine
def test(i):
print("test_1", i)
r = yield from asyncio.sleep(1)
print("test_2", i)
#使用 get_event_loop() 方法創(chuàng)建了一個(gè)事件循環(huán) loop
loop = asyncio.get_event_loop()
# tasks = [test(i) for i in range(500)]# 直接創(chuàng)建task
# tasks = [loop.create_task(test(i)) for i in range(500)]#create_task創(chuàng)建task
tasks = [asyncio.ensure_future(test(i)) for i in range(500)]# ensure_future創(chuàng)建task
#run_until_complete() 方法將協(xié)程注冊到事件循環(huán) loop 中，然后啟動(dòng)
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()
asyncio說明：
@asyncio.coroutine把一個(gè)generator標(biāo)記為coroutine類型傲隶，然后饺律，我們就把這個(gè)coroutine扔到EventLoop中執(zhí)行。
test()會(huì)首先打印出test_1跺株，然后复濒，yield from語法可以讓我們方便地調(diào)用另一個(gè)generator。由于asyncio.sleep()也是一個(gè)coroutine帖鸦，所以線程不會(huì)等待asyncio.sleep()芝薇，而是直接中斷并執(zhí)行下一個(gè)消息循環(huán)胚嘲。當(dāng)asyncio.sleep()返回時(shí)作儿，線程就可以從yield from拿到返回值（此處是None），然后接著執(zhí)行下一行語句馋劈。
把a(bǔ)syncio.sleep(1)看成是一個(gè)耗時(shí)1秒的IO操作攻锰，在此期間，主線程并未等待妓雾，而是去執(zhí)行EventLoop中其他可以執(zhí)行的coroutine了娶吞，因此可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。
asynico/await
為了簡化并更好地標(biāo)識(shí)異步IO械姻，從Python 3.5開始引入了新的語法async和await妒蛇，可以讓coroutine的代碼更簡潔易讀。
請注意，async和await是針對coroutine的新語法绣夺，要使用新的語法吏奸，只需要做兩步簡單的替換：
把@asyncio.coroutine替換為async；
把yield from替換為await陶耍。
import asyncio
async def test(i):
print("test_1", i)
await asyncio.sleep(1)
print("test_2", i)
loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [asyncio.ensure_future(test(i)) for i in range(500)]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()
這里只是把yield from換成了await奋蔚，@asyncio.coroutine換成了async，其余不變烈钞，執(zhí)行效果也一樣泊碑。
