Python基础10.4：并发编程-----协程

协程

协程的概念:

　　对于单线程下，我们不可避免程序中出现io操作，但如果我们能在自己的程序中（即用户程序级别，而非操作系统级别）控制单线程下的多个任务能在一个任务遇到io阻塞时就切换到另外一个任务去计算，这样就保证了该线程能够最大限度地处于就绪态，即随时都可以被cpu执行的状态，相当于我们在用户程序级别将自己的io操作最大限度地隐藏起来，从而可以迷惑操作系统，让其看到：该线程好像是一直在计算，io比较少，从而更多的将cpu的执行权限分配给我们的线程。

　　协程的本质就是在单线程下，由用户自己控制一个任务遇到io阻塞了就切换另外一个任务去执行，以此来提升效率。为了实现它，我们需要找寻一种可以同时满足以下条件的解决方案：

#1. 可以控制多个任务之间的切换，切换之前将任务的状态保存下来，以便重新运行时，可以基于暂停的位置继续执行。
#2. 作为1的补充：可以检测io操作，在遇到io操作的情况下才发生切换

 协程的介绍

　　协程：是单线程下的并发，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是协程：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。、

优点如下

#1. 协程的切换开销更小，属于程序级别的切换，操作系统完全感知不到，因而更加轻量级
#2. 单线程内就可以实现并发的效果，最大限度地利用cpu

缺点如下

#1. 协程的本质是单线程下，无法利用多核，可以是一个程序开启多个进程，每个进程内开启多个线程，每个线程内开启协程
#2. 协程指的是单个线程，因而一旦协程出现阻塞，将会阻塞整个线程

 

 

 Gevent模块

　　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。

g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)创建一个协程对象g1，spawn括号内第一个参数是函数名，如eat，后面可以有多个参数，可以是位置实参或关键字实参，都是传给函数eat的

g2=gevent.spawn(func2)

g1.join() #等待g1结束

g2.join() #等待g2结束

#或者上述两步合作一步：gevent.joinall([g1,g2])

g1.value#拿到func1的返回值

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')

　　上例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用下面一行代码,打补丁,就可以识别了
　　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
　　或者我们干脆记忆成：要用gevent，需要将from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的开头

from gevent import monkey
monkey.patch_all()      # 重点
import time
import gevent

def func():
    print('func 开始')
    # gevent.sleep(1)
    time.sleep(1)       # 和上面效果相同
    print('func 结束')

g1 = gevent.spawn(func)
g2 = gevent.spawn(func)
g3 = gevent.spawn(func)

gevent.joinall([g1,g2,g3])

from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import socket
import gevent

def func(conn):
    while True:
        date = conn.recv(1024).decode()
        conn.send(date.encode())

sk = socket.socket()
ip_port = ('127.0.0.1',8761)
sk.bind(ip_port)
sk.listen()

while True:
    conn,addr = sk.accept()
    gevent.spawn(func,conn)

我们可以用threading.current_thread().getName()来查看每个g1和g2，查看的结果为DummyThread-n，即假线程

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import threading
import gevent
import time
def eat():
    print(threading.current_thread().getName())
    print('eat food 1')
    time.sleep(2)
    print('eat food 2')

def play():
    print(threading.current_thread().getName())
    print('play 1')
    time.sleep(1)
    print('play 2')

g1=gevent.spawn(eat)
g2=gevent.spawn(play)
gevent.joinall([g1,g2])
print('主')

 Gevent的同步与异步

from gevent import spawn,joinall,monkey;monkey.patch_all()

import time
def task(pid):
    """
    Some non-deterministic task
    """
    time.sleep(0.5)
    print('Task %s done' % pid)

def synchronous():  # 同步
    for i in range(10):
        task(i)

def asynchronous(): # 异步
    g_l=[spawn(task,i) for i in range(10)]
    joinall(g_l)
    print('DONE')
    
if __name__ == '__main__':
    print('Synchronous:')
    synchronous()
    print('Asynchronous:')
    asynchronous()
#  上面程序的重要部分是将task函数封装到Greenlet内部线程的gevent.spawn。
#  初始化的greenlet列表存放在数组threads中，此数组被传给gevent.joinall 函数，
#  后者阻塞当前流程，并执行所有给定的greenlet任务。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。

Gevent的应用示例

通过gevent实现单线程下的socket并发

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
from socket import *
import gevent

#如果不想用money.patch_all()打补丁,可以用gevent自带的socket
# from gevent import socket
# s=socket.socket()

def server(server_ip,port):
    s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
    s.bind((server_ip,port))
    s.listen(5)
    while True:
        conn,addr=s.accept()
        gevent.spawn(talk,conn,addr)

def talk(conn,addr):
    try:
        while True:
            res=conn.recv(1024)
            print('client %s:%s msg: %s' %(addr[0],addr[1],res))
            conn.send(res.upper())
    except Exception as e:
        print(e)
    finally:
        conn.close()

if __name__ == '__main__':
    server('127.0.0.1',8080)

from socket import *

client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1',8080))


while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue

    client.send(msg.encode('utf-8'))
    msg=client.recv(1024)
    print(msg.decode('utf-8'))

from threading import Thread
from socket import *
import threading

def client(server_ip,port):
    c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #套接字对象一定要加到函数内，即局部名称空间内，放在函数外则被所有线程共享，则大家公用一个套接字对象，那么客户端端口永远一样了
    c.connect((server_ip,port))

    count=0
    while True:
        c.send(('%s say hello %s' %(threading.current_thread().getName(),count)).encode('utf-8'))
        msg=c.recv(1024)
        print(msg.decode('utf-8'))
        count+=1
if __name__ == '__main__':
    for i in range(500):
        t=Thread(target=client,args=('127.0.0.1',8080))
        t.start()

 

 

 

asyncio模块

asyncio是Python内置的模块

　　asyncio是Python 3.4版本引入的标准库，直接内置了对异步IO的支持。
　　asyncio的编程模型就是一个消息循环。我们从asyncio模块中直接获取一个EventLoop的引用，然后把需要执行的协程扔到EventLoop中执行，就实现了异步IO。

import asyncio

async def func(name):
    print(name+': start')
    await asyncio.sleep(1)
    print(name+': over')

loop = asyncio.get_event_loop()
# loop.run_until_complete(func('alex')) # 单线程
loop.run_until_complete(asyncio.wait([func('alex'),func('yue')]))

import asyncio

async def hello():
    print("Hello world!")
    await asyncio.sleep(1)
    print("Hello again!")
    return 'done'

loop = asyncio.get_event_loop()
task = loop.create_task(hello())
loop.run_until_complete(task)
ret = task.result()
print(ret)

import asyncio

async def hello(i):
    print("Hello world!")
    await asyncio.sleep(i)
    print("Hello again!")
    return 'done',i

loop = asyncio.get_event_loop()
task1 = loop.create_task(hello(2))
task2 = loop.create_task(hello(1))
task_l = [task1,task2]
tasks = asyncio.wait(task_l)
loop.run_until_complete(tasks)
for t in task_l:
    print(t.result())

import asyncio

async def hello(i):
    print("Hello world!")
    await asyncio.sleep(i)
    print("Hello again!")
    return 'done',i

async def main():
    tasks = []
    for i in range(20):
        tasks.append(asyncio.ensure_future(hello((20-i)/10)))
    for res in asyncio.as_completed(tasks):
        result = await res
        print(result)
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())

import asyncio

async def get_url():
    reader,writer = await asyncio.open_connection('www.baidu.com',80)
    writer.write(b'GET / HTTP/1.1\r\nHOST:www.baidu.com\r\nConnection:close\r\n\r\n')
    all_lines = []
    async for line in reader:
        data = line.decode()
        all_lines.append(data)
    html = '\n'.join(all_lines)
    return html

async def main():
    tasks = []
    for url in range(20):
        tasks.append(asyncio.ensure_future(get_url()))
    for res in asyncio.as_completed(tasks):
        result = await res
        print(result)


if __name__ == '__main__':
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(main())  # 处理一个任务
    loop.run_until_complete(asyncio.wait([main()]))  # 处理多个任务

    task = loop.create_task(main())  # 使用create_task获取返回值
    loop.run_until_complete(task)
    loop.run_until_complete(asyncio.wait([task]))

来源：https://www.cnblogs.com/CatdeXin/p/11048459.html