22-Python-协程

1、协程的概念

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。

协程的好处：

- 无需线程上下文切换的开销
- 无需原子操作锁定及同步的开销
  - "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IO时）会阻塞掉整个程序

符合一下条件就能称之为协程：

必须在只有一个单线程里实现并发
修改共享数据不需加锁
用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程

2、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

 1 from greenlet import greenlet
 2 
 3 
 4 def func1():
 5     print("第一条打印信息")  # step2
 6     gr2.switch()  # step3
 7     print("这儿是第三条打印信息")  # step6
 8     gr2.switch()  # step7
 9 
10 
11 def func2():
12     print("这里才是第二条打印信息")  # step4
13     gr1.switch()  # step5
14     print("老哥，这才是最后一条打印信息")  # step8
15 
16 
17 gr1 = greenlet(func1)
18 gr2 = greenlet(func2)
19 gr1.switch()  # step1

3、Gevent

Gevent 是一个第三方库，可以轻松通过gevent实现并发同步或异步编程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C扩展模块形式接入Python的轻量级协程。 Greenlet全部运行在主程序操作系统进程的内部，但它们被协作式地调度。

 1 import gevent
 2 
 3 
 4 def func1():
 5     print("func1函数打印的第一条消息...")  # step1
 6     gevent.sleep(2)  # step2。一碰到I/O操作就自动切换
 7     print("func1函数切换回来打印的消息...")
 8 
 9 
10 def func2():
11     print("func2函数打印的第一条消息...")  # step3
12     gevent.sleep(1)  # step4
13     print("func2函数切换回来打印的消息...")
14 
15 
16 def func3():
17     print("func3函数打印的第一条消息...")  # step5
18     gevent.sleep(0)  # step6
19     print("func3函数切换回来打印的消息...")
20 
21 
22 gevent.joinall([
23     gevent.spawn(func1),
24     gevent.spawn(func2),
25     gevent.spawn(func3)
26 ])
27 
28 # 输出结果如下:
29 func1函数打印的第一条消息...
30 func2函数打印的第一条消息...
31 func3函数打印的第一条消息...
32 func3函数切换回来打印的消息...
33 func2函数切换回来打印的消息...
34 func1函数切换回来打印的消息...

4、同步和异步的性能差别

 1 from urllib import request
 2 import gevent
 3 import time
 4 from gevent import monkey
 5 monkey.patch_all()  # 把当前程序的所有I/O操作都单独做上标记
 6 
 7 
 8 def f(url):
 9     print("GET: %s" % url)
10     resp = request.urlopen(url)
11     data = resp.read()
12     print("%d bytes received from %s" % (len(data), url))
13     # f = open("url.html", "wb")
14     # f.write(data)
15     # f.close()
16 
17 
18 urls = ["https://www.python.org",
19         "https://www.yahoo.com",
20         "https://github.com",
21         ]
22 start_time = time.time()
23 for url in urls:
24     f(url)
25 
26 print("同步抓取网页花费的时间:", time.time() - start_time)
27 
28 print("下面是异步".center(50, "-"))
29 
30 async_start_time = time.time()
31 gevent.joinall([
32         gevent.spawn(f, "https://www.python.org"),
33         gevent.spawn(f, "https://www.yahoo.com"),
34         gevent.spawn(f, "https://github.com"),
35         ]
36 )
37 
38 print("异步抓取网页花费的时间:", time.time() - async_start_time)
39 
40 # 打印结果:
41 
42 GET: https://www.python.org
43 48860 bytes received from https://www.python.org
44 GET: https://www.yahoo.com
45 527907 bytes received from https://www.yahoo.com
46 GET: https://github.com
47 51878 bytes received from https://github.com
48 同步抓取网页花费的时间: 6.071749210357666
49 ----------------------下面是异步-----------------------
50 GET: https://www.python.org
51 GET: https://www.yahoo.com
52 GET: https://github.com
53 48860 bytes received from https://www.python.org
54 51878 bytes received from https://github.com
55 528360 bytes received from https://www.yahoo.com
56 异步抓取网页花费的时间: 2.586545467376709

5、通过gevent实现单线程下的多socket并发

 1 import socket
 2 import gevent
 3 
 4 from gevent import socket, monkey
 5 
 6 monkey.patch_all()
 7 
 8 
 9 def server(ip, port):
10     s = socket.socket()
11     s.bind((ip, port))
12     s.listen(500)
13     while True:
14         cli, addr = s.accept()
15         # print(cli)
16         print("建立与IP[%s] PORT[%s]的客户端连接" % (addr[0], addr[1]))
17         gevent.spawn(handle_request, cli)
18 
19 
20 def handle_request(conn):
21     try:
22         while True:
23             print("等待接收数据...")
24             data = conn.recv(1024)
25             print("received:", data.decode("utf-8"))
26             conn.send(data.upper())
27             if not data:
28                 conn.shutdown(socket.SHUT_WR)
29 
30     except Exception as ex:
31         print(ex)
32     finally:
33         conn.close()
34 
35 
36 if __name__ == "__main__":
37     print("正在监听客户端连接...")
38     server("0.0.0.0", 8001)