python 协程

协程:又名微线程,纤程。英文名Coroutine,底层是用生成器yield 实现。同步异步讲解

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。

协程看上去也是子程序,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。

看起来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。

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。

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
        if not n:
            return
        print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)
        r = '200 OK'

def produce(c):
    c.send(None)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
        r = c.send(n)
        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

要看懂上面的例子,关键在于要理解下面几点:

1、例子中的c.send(None),其功能类似于next(c),比如:

In [5]: def num():
   ...:     yield 1
   ...:     yield 2
   ...:     

In [6]: c = num()

In [7]: c.send(None)
Out[7]: 1

In [8]: c.send(None)
Out[8]: 2

In [9]: c.send(None)
---------------------------------------------------------------------------
StopIteration                             Traceback (most recent call last)
<ipython-input-9-1f377d70f7a5> in <module>()
----> 1 c.send(None)

StopIteration: 

In [10]: 

2、n = yield r,这里是一条语句,但要理解两个知识点,赋值语句先计算 = 右边,由于右边是 yield 语句,所以yield语句执行完以后,进入暂停,而赋值语句在下一次启动生成器的时候首先被执行

3、send 在接受None参数的情况下,等同于next(generator)的功能,但send同时也可接收其他参数,比如例子中的c.send(n),要理解这种用法,先看一个例子:

In [10]: def num():
    ...:     a = yield 1
    ...:     while True:
    ...:         a = yield a
    ...:         

In [11]: c = num()

In [12]: c.send(None)
Out[12]: 1

In [13]: c.send(5)
Out[13]: 5

In [14]: c.send(100)
Out[14]: 100

In [15]: 

在上面的例子中,首先使用 c.send(None),返回生成器的第一个值,a = yield 1 ,也就是1(但此时,并未执行赋值语句),

接着我们使用了c.send(5),再次启动生成器,并同时传入了一个参数 5,再次启动生成的时候,从上次yield语句断掉的地方开始执行,即 a 的赋值语句,由于我们传入了一个参数 5所以a被赋值为5,接着程序进入whlie循环,当程序执行到 a = yield a,同理,先返回生成器的值 5,下次启动生成器的时候,再执行赋值语句,以此类推...

所以c.send(n)的用法就是老师上文中所说的 ," 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。"

但注意,在一个生成器函数未启动之前,是不能传递值进去。也就是说在使用c.send(n)之前,必须先使用c.send(None)或者next(c)来返回生成器的第一个值

最后我们来看上文中的例子,梳理下执行过程:

第一步:执行 c.send(None),启动生成器返回第一个值,n = yield r,此时 r 为空,n 还未赋值,然后生成器暂停,等待下一次启动。

第二步:生成器返回空值后进入暂停,produce(c) 接着往下运行,进入While循环,此时 n 为1,所以打印:

[PRODUCER] Producing 1...

第三步:produce(c) 往下运行到 r = c.send(1),再次启动生成器,并传入了参数1,而生成器从上次n的赋值语句开始执行,n 被赋值为1n存在,if 语句不执行,然后打印:

[CONSUMER] Consuming 1...

接着r被赋值为'200 OK',然后又进入循环,执行n = yield r,返回生成器的第二个值,'200 OK',然后生成器进入暂停,等待下一次启动。

第四步:生成器返回'200 OK'进入暂停后,produce(c)往下运行,进入r的赋值语句,r被赋值为'200 OK',接着往下运行,打印:

[PRODUCER] Consumer return: 200 OK

以此类推...

n5跳出循环后,使用c.close() 结束生成器的生命周期,然后程序运行结束。

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原文地址:https://www.cnblogs.com/sowhat1412/p/12734208.html