协程

协程

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。

我们给协程一个标准定义，即符合什么条件就能称之为协程：

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

 

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

举一个栗子：

def consumer(name):
    print("\033[33;1m[%s]\033[0m 开始吃蛋糕....." %name)
    while True:
        dangao = yield
        print("\033[35;1m[%s]\033[0m 吃了蛋糕 %s" %(name,dangao))

def producer(name):
    c1.__next__()#启动生成器
    c2.__next__()
    n = 0
    while n < 5:
        n+=1
        print("\033[32;1m[%s]\033[0m 开始制作蛋糕 %s......" %(name,n))
        c1.send(n)
        c2.send(n)


if __name__ == "__main__":
    c1 = consumer("mogu")
    c2 = consumer("wanzi")
    p1 = producer("HC")

上面的例子使用yield，完成了一个貌似是协程的生产者消费者模型，但是如果在生产者或者消费者中添加例如sleep之类的操作，这个程序就会变得很慢，与我们希望出现阻塞操作就切换还差了一些

 

python中有一个模块叫做greenlet，这个模块可以做到出现阻塞就切换到别的操作，也可以切换回来

看下面的栗子：

from greenlet import greenlet
import time

def wanzi():
    print("wanzi 正在吃蛋糕，看看mogu在干什么")
    gr2.switch()
    time.sleep(2)
    print("wanzi 还在吃蛋糕，看看mogu在干什么")
    gr2.switch()

def mogu():
    print("mogu 正在舔爪子，看看wanzi在干什么")
    gr1.switch()
    print("mogu 正在打滚。")
    gr1.switch()

gr1 = greenlet(wanzi)
gr2 = greenlet(mogu)
gr1.switch()

使用greenlet实现了切换的操作，但是阻塞还是没有解决

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。

栗子：

import gevent
import time

def wanzi():
    print("wanzi 正在玩玩具.....看看mogu在干什么....")
    gevent.sleep(10)
    print("wanzi 看着mogu满屋跑，哈哈大笑")

def mogu():
    print("mogu正在舔爪子，看看HC在干什么....")
    gevent.sleep(2)
    print("mogu添完爪子，正在满屋乱跑...")

def HC():
    print("HC 正在给wanzi准备吃的...看看wanzi在干什么")
    gevent.sleep(1)
    print("HC 正在给wanzi准备吃的...看看wanzi在干什么")
    gevent.sleep(1)
    print("HC 正在给wanzi准备吃的...看看wanzi在干什么")
    gevent.sleep(1)
    print("HC 正在给wanzi准备吃的...看看wanzi在干什么")
    gevent.sleep(1)
    print("HC 正在给wanzi准备吃的...看看wanzi在干什么")
    gevent.sleep(1)
    print("HC 正在给wanzi准备吃的...看看wanzi在干什么")
    gevent.sleep(1)
    print("HC 准备喂wanzi吃饭")

start_time = time.time()
gevent.joinall([
    gevent.spawn(wanzi),
    gevent.spawn(mogu),
    gevent.spawn(HC)
])
stop_time = time.time()
print("cost : %s" %(stop_time-start_time))

使用gevent实现了遇到阻塞(I/O)就自动切换的功能

 

下面是一组使用协程实现socket大并发的例子

server