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協(xié)程
在python GIL之下，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程在運(yùn)行，那么對(duì)于CPU計(jì)算密集的程序來說，線程之間的切換開銷就成了拖累，而以I/O為瓶頸的程序正是協(xié)程所擅長(zhǎng)的：
Python中的協(xié)程經(jīng)歷了很長(zhǎng)的一段發(fā)展歷程。其大概經(jīng)歷了如下三個(gè)階段：
1.最初的生成器變形yield/send；
2.引入@asyncio.coroutine和yield from；
3.在最近的Python3.5版本中引入async/await關(guān)鍵字。
（1）從yield說起
先看一段普通的計(jì)算斐波那契續(xù)列的代碼
def fibs(n): res = [0] * n index = 0 a = 0 b = 1 while index < n: res[index] = b a, b = b, a + b index += 1 return res for fib_res in fibs(20): print(fib_res)
如果我們僅僅是需要拿到斐波那契序列的第n位，或者僅僅是希望依此產(chǎn)生斐波那契序列，那么上面這種傳統(tǒng)方式就會(huì)比較耗費(fèi)內(nèi)存。
這時(shí)，yield就派上用場(chǎng)了。
def fib(n): index = 0 a = 0 b = 1 while index < n: yield b a, b = b, a + b index += 1 for fib_res in fib(20): print(fib_res)
當(dāng)一個(gè)函數(shù)中包含yield語(yǔ)句時(shí)，python會(huì)自動(dòng)將其識(shí)別為一個(gè)生成器。這時(shí)fib(20)并不會(huì)真正調(diào)用函數(shù)體，而是以函數(shù)體生成了一個(gè)生成器對(duì)象實(shí)例。
yield在這里可以保留fib函數(shù)的計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)，暫停fib的計(jì)算并將b返回。而將fib放入for…in循環(huán)中時(shí)，每次循環(huán)都會(huì)調(diào)用next(fib(20))，喚醒生成器，執(zhí)行到下一個(gè)yield語(yǔ)句處，直到拋出StopIteration異常。此異常會(huì)被for循環(huán)捕獲，導(dǎo)致跳出循環(huán)。
(2) Send來了
從上面的程序中可以看到，目前只有數(shù)據(jù)從fib(20)中通過yield流向外面的for循環(huán)；如果可以向fib(20)發(fā)送數(shù)據(jù)，那不是就可以在Python中實(shí)現(xiàn)協(xié)程了嘛。
相關(guān)推薦：《Python視頻教程》
于是，Python中的生成器有了send函數(shù)，yield表達(dá)式也擁有了返回值。
我們用這個(gè)特性，模擬一個(gè)慢速斐波那契數(shù)列的計(jì)算：
import time
import random
def stupid_fib(n):
index = 0
a = 0
b = 1
while index < n:
sleep_cnt = yield b
print('let me think {0} secs'.format(sleep_cnt))
time.sleep(sleep_cnt)
a, b = b, a + b
index += 1
print('-' * 10 + 'test yield send' + '-' * 10)
N = 20
sfib = stupid_fib(N)
fib_res = next(sfib)
while True:
print(fib_res)
try:
fib_res = sfib.send(random.uniform(0, 0.5))
except StopIteration:
break
python 進(jìn)行并發(fā)編程
在Python 2的時(shí)代，高性能的網(wǎng)絡(luò)編程主要是使用Twisted、Tornado和Gevent這三個(gè)庫(kù)，但是它們的異步代碼相互之間既不兼容也不能移植。
asyncio是Python 3.4版本引入的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，直接內(nèi)置了對(duì)異步IO的支持。
asyncio的編程模型就是一個(gè)消息循環(huán)。我們從asyncio模塊中直接獲取一個(gè)EventLoop的引用，然后把需要執(zhí)行的協(xié)程扔到EventLoop中執(zhí)行，就實(shí)現(xiàn)了異步IO。
Python的在3.4中引入了協(xié)程的概念，可是這個(gè)還是以生成器對(duì)象為基礎(chǔ)。
Python 3.5添加了async和await這兩個(gè)關(guān)鍵字，分別用來替換asyncio.coroutine和yield from。
python3.5則確定了協(xié)程的語(yǔ)法。下面將簡(jiǎn)單介紹asyncio的使用。實(shí)現(xiàn)協(xié)程的不僅僅是asyncio，tornado和gevent都實(shí)現(xiàn)了類似的功能。
（1）協(xié)程定義
用asyncio實(shí)現(xiàn)Hello world代碼如下：
import asyncio
@asyncio.coroutine
def hello():
print("Hello world!")
# 異步調(diào)用asyncio.sleep(1):
r = yield from asyncio.sleep(1)
print("Hello again!")
# 獲取EventLoop:
loop = asyncio.get_event_loop()
# 執(zhí)行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()
@asyncio.coroutine把一個(gè)generator標(biāo)記為coroutine類型，然后，我們就把這個(gè)coroutine扔到EventLoop中執(zhí)行。 hello()會(huì)首先打印出Hello world!，然后，yield from語(yǔ)法可以讓我們方便地調(diào)用另一個(gè)generator。由于asyncio.sleep()也是一個(gè)coroutine，所以線程不會(huì)等待asyncio.sleep()，而是直接中斷并執(zhí)行下一個(gè)消息循環(huán)。當(dāng)asyncio.sleep()返回時(shí)，線程就可以從yield from拿到返回值（此處是None），然后接著執(zhí)行下一行語(yǔ)句。
把a(bǔ)syncio.sleep(1)看成是一個(gè)耗時(shí)1秒的IO操作，在此期間，主線程并未等待，而是去執(zhí)行EventLoop中其他可以執(zhí)行的coroutine了，因此可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。
我們用Task封裝兩個(gè)coroutine試試：
import threading
import asyncio
@asyncio.coroutine
def hello():
print('Hello world! (%s)' % threading.currentThread())
yield from asyncio.sleep(1)
print('Hello again! (%s)' % threading.currentThread())
loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [hello(), hello()]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()
觀察執(zhí)行過程：
Hello world! (<_MainThread(MainThread, started 140735195337472)>) Hello world! (<_MainThread(MainThread, started 140735195337472)>) (暫停約1秒) Hello again! (<_MainThread(MainThread, started 140735195337472)>) Hello again! (<_MainThread(MainThread, started 140735195337472)>)
由打印的當(dāng)前線程名稱可以看出，兩個(gè)coroutine是由同一個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行的。
如果把a(bǔ)syncio.sleep()換成真正的IO操作，則多個(gè)coroutine就可以由一個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行。
asyncio案例實(shí)戰(zhàn)
我們用asyncio的異步網(wǎng)絡(luò)連接來獲取sina、sohu和163的網(wǎng)站首頁(yè)：
async_wget.py
import asyncio
@asyncio.coroutine
def wget(host):
print('wget %s...' % host)
connect = asyncio.open_connection(host, 80)
reader, writer = yield from connect
header = 'GET / HTTP/1.0\r\nHost: %s\r\n\r\n' % host
writer.write(header.encode('utf-8'))
yield from writer.drain()
while True:
line = yield from reader.readline()
if line == b'\r\n':
break
print('%s header > %s' % (host, line.decode('utf-8').rstrip()))
# Ignore the body, close the socket
writer.close()
loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [wget(host) for host in ['www.sina.com.cn', 'www.sohu.com', 'www.163.com']]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()
結(jié)果信息如下：
wget www.sohu.com... wget www.sina.com.cn... wget www.163.com... (等待一段時(shí)間) (打印出sohu的header) www.sohu.com header > HTTP/1.1 200 OK www.sohu.com header > Content-Type: text/html ... (打印出sina的header) www.sina.com.cn header > HTTP/1.1 200 OK www.sina.com.cn header > Date: Wed, 20 May 2015 04:56:33 GMT ... (打印出163的header) www.163.com header > HTTP/1.0 302 Moved Temporarily www.163.com header > Server: Cdn Cache Server V2.0 ...
可見3個(gè)連接由一個(gè)線程通過coroutine并發(fā)完成。
小結(jié)
asyncio提供了完善的異步IO支持；
異步操作需要在coroutine中通過yield from完成；
多個(gè)coroutine可以封裝成一組Task然后并發(fā)執(zhí)行。
網(wǎng)頁(yè)標(biāo)題：創(chuàng)新互聯(lián)Python教程：Python中的協(xié)程是什么
文章URL：http://www.5511xx.com/article/ccchegs.html
