python-day35(协程,IO多路复用)
一. 协程
协程: 是单线程下的并发,又称微线程,纤程,英文名Coroutine.
并发: 切换+保存状态
协程是一种用户态的轻量级线程,即协程是由用户程序自己控制调度的
协程特点:
1. 必须在只有一个单线程里实现并发
2. 修改共享数据不需要加锁
3. 用户程序自己保存多个控制流的上线文栈
4. 一个协程遇到IO操作自动切换到其他协程(如何实现检测IO,yield,greenlet都无法实现,
就用到了gevent模块(select机制))
Greenlet模块
单纯的切换(在没有IO的情况下或者没有重复开辟内存空间的操作),反而会降低程序的执行速度
#真正的协程模块就是使用greenlet完成的切换 from greenlet import greenlet def eat(name): print('%s eat 1' %name) #2 g2.switch('taibai') #3 print('%s eat 2' %name) #6 g2.switch() #7 def play(name): print('%s play 1' %name) #4 g1.switch() #5 print('%s play 2' %name) #8 g1=greenlet(eat) g2=greenlet(play) g1.switch('taibai')#可以在第一次switch时传入参数，以后都不需要 1
#安装 pip install greenlet
1 # import time 2 # 3 # import greenlet 4 # def fun1(): 5 # time.sleep(2) 6 # print('约吗?') 7 # g2.switch() 8 # time.sleep(2) 9 # print('不约') 10 # g2.switch() 11 # def fun2(): 12 # time.sleep(2) 13 # print('你好') 14 # g1.switch() 15 # time.sleep(2) 16 # print('你不好') 17 # 18 # g1 = greenlet.greenlet(fun1) 19 # g2 = greenlet.greenlet(fun2) 20 # g1.switch() 21 # ---------------------------------------------------- 22 # import time 23 # import greenlet 24 # def f1(name): 25 # print(name) 26 # time.sleep(2) 27 # a = g2.switch(name+'1') 28 # print(a) 29 # 30 # def f2(name): 31 # print(name) 32 # time.sleep(2) 33 # g1.switch(name+'1') 34 # 35 # a = time.time() 36 # g1 = greenlet.greenlet(f1) 37 # g2 = greenlet.greenlet(f2) 38 # g1.switch('hui') 39 # b = time.time() 40 # print(b-a)
Gevent模块
#安装 pip install gevent
#用法 g1 = gevent.spawn(func,多个参数) 创建一个协程对象g1, spawn(函数名,多个参数) spawn是异步提交任务 g2 = gevent.spawn(func2) g1.join() #等待g1结束,上面只是创建协程对象,这个join才是去执行
g2.join() #等待g2结束,
gevent.joinall([g1,g2]) #等待列表中的协程都结束
g1.value #拿到func1的返回值
gevent.sleep(2)# 睡2秒 遇到IO切换
# 不能识别time.sleep 解决办法 from gevent import monkey;monkey.patch_all()
遇到IO阻塞是自动切换任务
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')
gevent.sleep(2)模拟的是gevent可以识别的io阻塞,
而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接识别的需要下面一行的代码,打补丁,就可以识别
from gevent import monkey;monkey.patch_all()必须放到被打补丁者的前面,如time,socket模块之前
或者直接记忆成: 要用gevent, 需要将from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的开头
1 # import gevent 2 # import time 3 # #gevent 不能识别 time.sleep 4 # # 解决办法 from gevent import monkey;monkey.patch_all() 识别所有的IO 自动切换 5 # 6 # def func(n,): 7 # print('xxxx',n) 8 # gevent.sleep(2) 9 # # time.sleep(2) #不能识别 10 # print('ccccc') 11 # 12 # def func2(m): 13 # print('11111111',m) 14 # gevent.sleep(2) 15 # print('22222222') 16 # g1 = gevent.spawn(func,'alex') # 异步提交任务 17 # g2 = gevent.spawn(func2,'马来西亚') 18 # 19 # # gevent.joinall([g1,g2]) #等多所有 20 # g1.join() #执行并等待异步提交的任务完成 21 # g2.join()#执行并等待异步提交的任务完成 22 # print('代码结束')
二. IO多路复用
IO模型
#1) 等待数据准备(Waiting for the data to be ready) #2) 将数据从内核拷贝到进程中(Copying the data from the kernel to the process)
#1、输入操作：read、readv、recv、recvfrom、recvmsg共5个函数，如果会阻塞状态，
则会经理wait data和copy data两个阶段，如果设置为非阻塞则在wait 不到data时抛出异常 #2、输出操作：write、writev、send、sendto、sendmsg共5个函数，
在发送缓冲区满了会阻塞在原地，如果设置为非阻塞，则会抛出异常 #3、接收外来链接：accept，与输入操作类似 #4、发起外出链接：connect，与输出操作类似
1. 阻塞IO
blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段（等待数据和拷贝数据两个阶段）都被block了。
这里我们回顾一下同步/异步/阻塞/非阻塞：
同步：提交一个任务之后要等待这个任务执行完毕
异步：只管提交任务，不等待这个任务执行完毕就可以去做其他的事情
阻塞：recv、recvfrom、accept，线程阶段 运行状态-->阻塞状态-->就绪
非阻塞：没有阻塞状态
在一个线程的IO模型中，我们recv的地方阻塞，我们就开启多线程，但是不管你开启多少个线程，'
这个recv的时间是不是没有被规避掉，不管是多线程还是多进程都没有规避掉这个IO时间。
2. 非阻塞IO模型
非阻塞IO中,用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据准备好了没有
1 # 服务端 2 import socket 3 import time 4 5 server=socket.socket() 6 server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) 7 server.bind(('127.0.0.1',8083)) 8 server.listen(5) 9 10 server.setblocking(False) #设置不阻塞 11 r_list=[] #用来存储所有来请求server端的conn连接 12 w_list={} #用来存储所有已经有了请求数据的conn的请求数据 13 14 while 1: 15 try: 16 conn,addr=server.accept() #不阻塞，会报错 17 r_list.append(conn) #为了将连接保存起来，不然下次循环的时候，上一次的连接就没有了 18 except BlockingIOError: 19 # 强调强调强调：！！！非阻塞IO的精髓在于完全没有阻塞！！！ 20 # time.sleep(0.5) # 打开该行注释纯属为了方便查看效果 21 print('在做其他的事情') 22 print('rlist: ',len(r_list)) 23 print('wlist: ',len(w_list)) 24 25 26 # 遍历读列表，依次取出套接字读取内容 27 del_rlist=[] #用来存储删除的conn连接 28 for conn in r_list: 29 try: 30 data=conn.recv(1024) #不阻塞，会报错 31 if not data: #当一个客户端暴力关闭的时候，会一直接收b''，别忘了判断一下数据 32 conn.close() 33 del_rlist.append(conn) 34 continue 35 w_list[conn]=data.upper() 36 except BlockingIOError: # 没有收成功，则继续检索下一个套接字的接收 37 continue 38 except ConnectionResetError: # 当前套接字出异常，则关闭，然后加入删除列表，等待被清除 39 conn.close() 40 del_rlist.append(conn) 41 42 43 # 遍历写列表，依次取出套接字发送内容 44 del_wlist=[] 45 for conn,data in w_list.items(): 46 try: 47 conn.send(data) 48 del_wlist.append(conn) 49 except BlockingIOError: 50 continue 51 52 53 # 清理无用的套接字,无需再监听它们的IO操作 54 for conn in del_rlist: 55 r_list.remove(conn) 56 #del_rlist.clear() #清空列表中保存的已经删除的内容 57 for conn in del_wlist: 58 w_list.pop(conn) 59 #del_wlist.clear() 60 61 #客户端 62 import socket 63 import os 64 import time 65 import threading 66 client=socket.socket() 67 client.connect(('127.0.0.1',8083)) 68 69 while 1: 70 res=('%s hello' %os.getpid()).encode('utf-8') 71 client.send(res) 72 data=client.recv(1024) 73 74 print(data.decode('utf-8')) 75 76 77 ##多线程的客户端请求版本 78 # def func(): 79 # sk = socket.socket() 80 # sk.connect(('127.0.0.1',9000)) 81 # sk.send(b'hello') 82 # time.sleep(1) 83 # print(sk.recv(1024)) 84 # sk.close() 85 # 86 # for i in range(20): 87 # threading.Thread(target=func).start()
3. IO多路复用
强调：
1. 如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，
可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。
2. 在多路复用模型中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。
只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
python中的select模块：
import select fd_r_list, fd_w_list, fd_e_list = select.select(rlist, wlist, xlist, [timeout]) 参数： 可接受四个参数（前三个必须） rlist: wait until ready for reading #等待读的对象，你需要监听的需要获取数据的对象列表 wlist: wait until ready for writing #等待写的对象，你需要写一些内容的时候，input等等，也就是说我会循环他看看是否有需要发送的消息，如果有我取出这个对象的消息并发送出去，一般用不到，这里我们也给一个[]。 xlist: wait for an “exceptional condition” #等待异常的对象，一些额外的情况，一般用不到，但是必须传，那么我们就给他一个[]。 timeout: 超时时间 当超时时间 ＝ n(正整数)时，那么如果监听的句柄均无任何变化，则select会阻塞n秒，之后返回三个空列表，如果监听的句柄有变化，则直接执行。 返回值：三个列表与上面的三个参数列表是对应的 select方法用来监视文件描述符(当文件描述符条件不满足时，select会阻塞)，当某个文件描述符状态改变后，会返回三个列表 1、当参数1 序列中的fd满足“可读”条件时，则获取发生变化的fd并添加到fd_r_list中 2、当参数2 序列中含有fd时，则将该序列中所有的fd添加到 fd_w_list中 3、当参数3 序列中的fd发生错误时，则将该发生错误的fd添加到 fd_e_list中 4、当超时时间为空，则select会一直阻塞，直到监听的句柄发生变化
1 #服务端 2 from socket import * 3 import select 4 server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) 5 server.bind(('127.0.0.1',8093)) 6 server.listen(5) 7 # 设置为非阻塞 8 server.setblocking(False) 9 10 # 初始化将服务端socket对象加入监听列表，后面还要动态添加一些conn连接对象，当accept的时候sk就有感应，当recv的时候conn就有动静 11 rlist=[server,] 12 rdata = {} #存放客户端发送过来的消息 13 14 wlist=[] #等待写对象 15 wdata={} #存放要返回给客户端的消息 16 17 print('预备！监听！！！') 18 count = 0 #写着计数用的，为了看实验效果用的，没用 19 while True: 20 # 开始 select 监听,对rlist中的服务端server进行监听，select函数阻塞进程，直到rlist中的套接字被触发（在此例中，套接字接收到客户端发来的握手信号，从而变得可读，满足select函数的“可读”条件），被触发的（有动静的）套接字（服务器套接字）返回给了rl这个返回值里面； 21 rl,wl,xl=select.select(rlist,wlist,[],0.5) 22 print('%s 次数>>'%(count),wl) 23 count = count + 1 24 # 对rl进行循环判断是否有客户端连接进来,当有客户端连接进来时select将触发 25 for sock in rl: 26 # 判断当前触发的是不是socket对象, 当触发的对象是socket对象时,说明有新客户端accept连接进来了 27 if sock == server: 28 # 接收客户端的连接, 获取客户端对象和客户端地址信息 29 conn,addr=sock.accept() 30 #把新的客户端连接加入到监听列表中，当客户端的连接有接收消息的时候，select将被触发，会知道这个连接有动静，有消息，那么返回给rl这个返回值列表里面。 31 rlist.append(conn) 32 else: 33 # 由于客户端连接进来时socket接收客户端连接请求，将客户端连接加入到了监听列表中(rlist)，客户端发送消息的时候这个连接将触发 34 # 所以判断是否是客户端连接对象触发 35 try: 36 data=sock.recv(1024) 37 #没有数据的时候，我们将这个连接关闭掉，并从监听列表中移除 38 if not data: 39 sock.close() 40 rlist.remove(sock) 41 continue 42 print("received {0} from client {1}".format(data.decode(), sock)) 43 #将接受到的客户端的消息保存下来 44 rdata[sock] = data.decode() 45 46 #将客户端连接对象和这个对象接收到的消息加工成返回消息，并添加到wdata这个字典里面 47 wdata[sock]=data.upper() 48 #需要给这个客户端回复消息的时候，我们将这个连接添加到wlist写监听列表中 49 wlist.append(sock) 50 #如果这个连接出错了，客户端暴力断开了（注意，我还没有接收他的消息，或者接收他的消息的过程中出错了） 51 except Exception: 52 #关闭这个连接 53 sock.close() 54 #在监听列表中将他移除，因为不管什么原因，它毕竟是断开了，没必要再监听它了 55 rlist.remove(sock) 56 # 如果现在没有客户端请求连接,也没有客户端发送消息时，开始对发送消息列表进行处理，是否需要发送消息 57 for sock in wl: 58 sock.send(wdata[sock]) 59 wlist.remove(sock) 60 wdata.pop(sock) 61 62 # #将一次select监听列表中有接收数据的conn对象所接收到的消息打印一下 63 # for k,v in rdata.items(): 64 # print(k,'发来的消息是：',v) 65 # #清空接收到的消息 66 # rdata.clear() 67 68 --------------------------------------- 69 #客户端 70 from socket import * 71 72 client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 73 client.connect(('127.0.0.1',8093)) 74 75 76 while True: 77 msg=input('>>: ').strip() 78 if not msg:continue 79 client.send(msg.encode('utf-8')) 80 data=client.recv(1024) 81 print(data.decode('utf-8')) 82 83 client.close()
4. 异步IO
貌似异步IO这个模型很牛~~但是你发现没有，这不是我们自己代码控制的，都是操作系统完成的，而python在copy数据这个阶段没有提供操纵操作系统的接口，所以用python没法实现这套异步IO机制，其他几个IO模型都没有解决第二阶段的阻塞（用户态和内核态之间copy数据），但是C语言是可以实现的，因为大家都知道C语言是最接近底层的，虽然我们用python实现不了，但是python仍然有异步的模块和框架（tornado、twstied，高并发需求的时候用），这些模块和框架很多都是用底层的C语言实现的，它帮我们实现了异步，你只要使用就可以了，但是你要知道这个异步是不是很好呀，不需要你自己等待了，操作系统帮你做了所有的事情，你就直接收数据就行了，就像你有一张银行卡，银行定期给你打钱一样。
