Python-异步[2021-03-08]

1.协程(Coroutin)

抛砖引玉: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C,C执行完毕返回,B执行完毕返回,最后是A执行完毕。

所有的子程序都是通过栈实现的。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,调用顺序时明确的。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,然后转而去执行别的子程序,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,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也可能再执行过程中中断再去执行A,结果可能是:1 2 x y 3 z

看起来A,B执行有点像多线程,但协程的特点在于是一个线程执行,那和多线程相比,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,所以执行效率回避多线程高很多。

因为协程是一个线程执行,那么怎么利用多核cpu呢?最简单的办法就是多进程+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。

    再generator中,我们不但可以通过for循环来迭代。还可以不断调用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,它还可以接受调用者发出的参数。

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 = '200OK'
        
def produce(c):
    c.send(None)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print("[producer]Producing%...")
        r = c.send(n)
        print(""[PRODUCER]Consumer return:%s"%r)
    c.close
    
c = consumer()
produce(c)
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