并发编程之协程

协程

1.什么是协程

计算机中提供了：线程、进程 用于实现并发编程（真实存在）。

协程（Coroutine），是程序员通过代码搞出来的一个东西（非真实存在）。

协程也可以被称为微线程，是一种用户态内的上下文切换技术。
简而言之，其实就是通过一个线程实现代码块相互切换执行（来回跳着执行）。

例如：

def func1():
    print(1)
    ...
    print(2)
    
def func2():
    print(3)
    ...
    print(4)
    
func1()
func2()

上述代码是普通的函数定义和执行，按流程分别执行两个函数中的代码，并先后会输出：1、2、3、4。

但如果介入协程技术那么就可以实现函数见代码切换执行，最终输入：1、3、2、4 。

2.创建协程的多种方式

在Python中有多种方式可以实现协程，例如：

• greenlet

  pip install greenlet
  

  from greenlet import greenlet
  
  def func1():
      print(1)        # 第1步：输出 1
      gr2.switch()    # 第3步：切换到 func2 函数
      print(2)        # 第6步：输出 2
      gr2.switch()    # 第7步：切换到 func2 函数，从上一次执行的位置继续向后执行
      
  def func2():
      print(3)        # 第4步：输出 3
      gr1.switch()    # 第5步：切换到 func1 函数，从上一次执行的位置继续向后执行
      print(4)        # 第8步：输出 4
      
  gr1 = greenlet(func1)
  gr2 = greenlet(func2)
  
  gr1.switch() # 第1步：去执行 func1 函数
  

• yield

  def func1():
      yield 1
      yield from func2()
      yield 2
      
  def func2():
      yield 3
      yield 4
      
  f1 = func1()
  for item in f1:
      print(item)
  

虽然上述两种都实现了协程，但这种编写代码的方式没啥意义。

这种来回切换执行，可能反倒让程序的执行速度更慢了（相比较于串行）。

3.协程如何才能更有意义呢？

不要让用户手动去切换，而是遇到IO操作时能自动切换。

Python在3.4之后推出了asyncio模块 + Python3.5推出async、async语法 ，内部基于协程并且遇到IO请求自动化切换。

import asyncio

async def func1():
    print(1)
    await asyncio.sleep(2)
    print(2)
    
async def func2():
    print(3)
    await asyncio.sleep(2)
    print(4)
    
tasks = [
    asyncio.ensure_future(func1()),
    asyncio.ensure_future(func2())
]
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

"""
需要先安装：pip3 install aiohttp
"""

import aiohttp
import asyncio

async def fetch(session, url):
    print("发送请求：", url)
    async with session.get(url, verify_ssl=False) as response:
        content = await response.content.read()
        file_name = url.rsplit('_')[-1]
        with open(file_name, mode='wb') as file_object:
            file_object.write(content)
            
async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        url_list = [
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
            'https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg',
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg'
        ]
        tasks = [asyncio.create_task(fetch(session, url)) for url in url_list]
        await asyncio.wait(tasks)
if __name__ == '__main__':
    asyncio.run(main())

通过上述内容发现，在处理IO请求时，协程通过一个线程就可以实现并发的操作。

4.协程、线程、进程的区别？

线程，是计算机中可以被cpu调度的最小单元。
进程，是计算机资源分配的最小单元（进程为线程提供资源）。
一个进程中可以有多个线程,同一个进程中的线程可以共享此进程中的资源。

由于CPython中GIL的存在：
	- 线程，适用于IO密集型操作。
    - 进程，适用于计算密集型操作。

协程，协程也可以被称为微线程，是一种用户态内的上下文切换技术，在开发中结合遇到IO自动切换，就可以通过一个线程实现并发操作。


所以，在处理IO操作时，协程比线程更加节省开销（协程的开发难度大一些）。

现在很多Python中的框架都在支持协程，比如：FastAPI、Tornado、Sanic、Django 3、aiohttp等，企业开发使用的也越来越多（目前不是特别多）。

关于协程，目前同学们先了解这些概念即可，更深入的开发、应用 暂时不必过多了解，等大家学了Web框架和爬虫相关知识之后，再来学习和补充效果更佳。有兴趣想要研究的同学可以参考我写的文章和专题视频：

• 文章

  https://pythonav.com/wiki/detail/6/91/
  https://zhuanlan.zhihu.com/p/137057192
  

• 视频

  https://www.bilibili.com/video/BV1NA411g7yf