Python 中的协程 (1)

1 什么是协程 coroutine

　　协程：又称微线程，纤程。在一个线程内执行。子程序：函数，调用是通过栈来实现的。一个调用一个返回。多线程：避免程序顺序执行的方式之一是多线程。GIL锁只能一个点一个线程，对于io操作会有性能提升，但是依然有线程的管理和切换，同步的开销等等协程与一般函数的不同：协程内部可以中断并切换，且保存当前执行状态。协程和多线程对比的优势：协程具有极高的执行效率，且在用户态进行，线程数量越多，性能就越好。多进程 + 协程：既充分利用多核，又充分发挥协程的高效率。

　协程是针对单个cpu的，因为协程运行在单线程内，可以使用协程实现类似多并发的任务，并且在单cpu时，效率一般要比协程高。

　　在使用协程时，不由cpu来分配调度时间，时间由协程自定义。如协程遇到I/O 操作，就主动让出cpu的使用权，保存当前状态。然后等到I/O 完成，再申请使用cpu。即让编程者控制各个任务的运行顺序，从而最大限度使用cpu。

2 协程的实现

　　使用yield 关键字

yield 存在的函数是一个生成器，当调用这个函数时，函数不会立即执行，而是返回一个生成器对象。使用生成器对象时，代码块才会执行。
yield 有两个关键作用

返回一个值
接收调用方传入的值，且不影响返回值

3 例子

def consume():
    r = ''
    while True:
        n = yield r        # 断点
        if not n:
            return
        print('消费者 正在消费: {}'.format(n))
        r = '200 RMB'
        
def produce(c):
    c.send(None)    # 启动生成器
    n = 0
    while n < 5:
        n += 1
        print('生产者 正在生产： {}'.format{n})
        r = c.send(n)
        print('[生产者] 消费者返回： {}'.format{r})
        print('------------')
    c.close()
c = consume()
produce(c)

4 分析

　　yield 是实现生成器的重要关键字。

　　yiled 的三个方法及其作用， next(), send(),throw().

　　yield的一般形式为：temp=yield 表达式(每次迭代要返回的值）（推荐使用：既可以返回迭代的值，也可以接受send进去的参数并使用)

def my_generator(n):
    for i in range(n):
        temp = yield i
        print(f'我是{temp}')

g=my_generator(5)

print(next(g)) #输出0， 打印结果，我是None
print(next(g)) #输出1
g.send(100)    #temp的打印结果为100
print(g.send(100))       #输出2
print(next(g)) #输出3
print(next(g)) #输出4

　　特点：

延迟加载特性，生成器需要启动，如果用send启动，第一次需要传入None，否则报错
使用send()方法传进去的值，实际上就是yield表达式返回的值，没有传值则默认返回None
如果使用了send(value),传递进去的那个value会取代那个表达式的值，并且会将传递进去的那个值返回给yield表达式的结果temp，而send(value)的返回值就是原来的值
每次惰性返回一个值

send 方法：

　　send(value)是有返回值的，即迭代的那个值。

　　send 的主要作用，当需要手动更改生成器里面的某一个值并且使用它，则send发送进去一个数据，然后保存到yield语句的返回值，以提供使用；send(value)的返回值就是那个本来应该被迭代出来的那个值。这样既可以保证我能够传入新的值，原来的值也不会弄丢。

throw 方法：

　　在生成器中抛出异常，并且这个throw函数会返回下一个要迭代的值或者是StopIteration。

def my_generator():
    yield 'a'
    yield 'b'
    yield 'c'
    yield 'd'
g=my_generator()
print(next(g))
print(next(g))
print('-------------------------')
print(g.throw(StopIteration))
print(next(g))
'''运行结果为：
a
b
-------------------------
StopIteration

触发异常之后，返回StopIteration，同时迭代终止，而StopIteration作为被传入的yield值，会顺位进入下一次迭代，即把后置位的 ‘c' 覆盖掉。

再看一个例子

def my_generator():
    while True:
        try:
            yield 'a'
            yield 'b'
            yield 'c'
            yield 'd'
            yield 'e'
        except ValueError:
            print('触发“ValueError"了')
        except TypeError:
            print('触发“TypeError"了')

g=my_generator()
print(next(g))
print(next(g))
print('-------------------------')
print(g.throw(ValueError))
print('-------------------------')
print(next(g))
print(next(g))
print('-------------------------')
print(g.throw(TypeError))
print('-------------------------')
print(next(g))

加入while 循环之后，循环会执行完成所有调用的 yield， throw时也会执行一个yield，而throw掉的异常被捕获了，所以就不会覆盖掉 ’a‘，a顺位进入下一次迭代，这就是a在分割线之间的原因了。

生成器的启动与 close

生成器启动时，使用next可以直接启动并调用，但是使用 send() 第一次要传入 None，不然会报错。

close() 表示关闭生成器，如果后续再调用此生成器，那么会抛出异常。

生成器的终止- StopIteration

在一个生成器中，如果没有return，则默认执行到函数完毕返回 StopIteration；

如果遇到 return，则直接抛出 StopIteration，如果 return 后面有值，会一并返回。

可以使用 except StopIteration as e 捕获异常，通过e.value 来获取值。

5 协程的状态查看

协程分别有四种状态，可以导入 inspect.getgeneratorstate() 模块来查看

　　GEN_CREATED: 被创建，等待执行

　　GEN_RUNNING: 解释器执行

　　GEN_SUSPENDED: 在 yield 表达式处暂停

　　GEN-CLOSED：执行结束

6 协程的个人理解

　　从某些角度来说，协程其实就是一个可以暂停执行的函数，并且可以继续执行。那么 yield 已经可以暂停执行了，如果在暂停后有办法把一些 value 发送到暂停执行的函数中，那么这就是 Python 中的协程。

　　不足之处：协程函数的返回值不是特别方便获取，比如 return 的返回值需要捕获异常as e，使用e.value来获得

　　Python 的生成器是协程 coroutine 的一种形式，它的局限性在于只能向它的直接调用者每次 yield一个值，这意味着那么包含 yield 的代码不能像其他代码被分离出来放到一个单独的函数中，而这正是 yield from 要解决的。