day32-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。

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

使用yield实现协程操作例子

 1 import time
 2 import queue
 3 def consumer(name):
 4     print("--->starting eating baozi...")
 5     while True:
 6         new_baozi = yield
 7         print("[%s] is eating baozi %s" % (name,new_baozi))
 8         #time.sleep(1)
 9  
10 def producer():
11  
12     r = con.__next__()
13     r = con2.__next__()
14     n = 0
15     while n < 5:
16         n +=1
17         con.send(n)
18         con2.send(n)
19         print("\033[32;1m[producer]\033[0m is making baozi %s" %n )
20  
21  
22 if __name__ == '__main__':
23     con = consumer("c1")
24     con2 = consumer("c2")
25     p = producer()

看楼上的例子，我问你这算不算做是协程呢？你说，我他妈哪知道呀，你前面说了一堆废话，但是并没告诉我协程的标准形态呀，我腚眼一想，觉得你说也对，那好，我们先给协程一个标准定义，即符合什么条件就能称之为协程：

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

基于上面这4点定义，我们刚才用yield实现的程并不能算是合格的线程，因为它有一点功能没实现，哪一点呢？

Greenlet

greenlet是一个用C实现的协程模块，相比与python自带的yield，它可以使你在任意函数之间随意切换，而不需把这个函数先声明为generator

 1 # -*- coding:utf-8 -*-
 2  
 3  
 4 from greenlet import greenlet
 5  
 6  
 7 def test1():
 8     print(12)
 9     gr2.switch()
10     print(34)
11     gr2.switch()
12  
13  
14 def test2():
15     print(56)
16     gr1.switch()
17     print(78)
18  
19  
20 gr1 = greenlet(test1)
21 gr2 = greenlet(test2)
22 gr1.switch()

感觉确实用着比generator还简单了呢，但好像还没有解决一个问题，就是遇到IO操作，自动切换，对不对？

Gevent

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。

 1 import gevent
 2  
 3 def func1():
 4     print('\033[31;1m李闯在跟海涛搞...\033[0m')
 5     gevent.sleep(2)
 6     print('\033[31;1m李闯又回去跟继续跟海涛搞...\033[0m')
 7  
 8 def func2():
 9     print('\033[32;1m李闯切换到了跟海龙搞...\033[0m')
10     gevent.sleep(1)
11     print('\033[32;1m李闯搞完了海涛，回来继续跟海龙搞...\033[0m')
12  
13  
14 gevent.joinall([
15     gevent.spawn(func1),
16     gevent.spawn(func2),
17     #gevent.spawn(func3),
18 ])

输出：

李闯在跟海涛搞...
李闯切换到了跟海龙搞...
李闯搞完了海涛，回来继续跟海龙搞...
李闯又回去跟继续跟海涛搞...

同步与异步的性能区别

 1 import gevent
 2  
 3 def task(pid):
 4     """
 5     Some non-deterministic task
 6     """
 7     gevent.sleep(0.5)
 8     print('Task %s done' % pid)
 9  
10 def synchronous():
11     for i in range(1,10):
12         task(i)
13  
14 def asynchronous():
15     threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)]
16     gevent.joinall(threads)
17  
18 print('Synchronous:')
19 synchronous()
20  
21 print('Asynchronous:')
22 asynchronous()

View Code

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。执行流程只会在所有greenlet执行完后才会继续向下走。　　

遇到IO阻塞时会自动切换任务

 1 from gevent import monkey; monkey.patch_all()
 2 import gevent
 3 from  urllib.request import urlopen
 4  
 5 def f(url):
 6     print('GET: %s' % url)
 7     resp = urlopen(url)
 8     data = resp.read()
 9     print('%d bytes received from %s.' % (len(data), url))
10  
11 gevent.joinall([
12         gevent.spawn(f, 'https://www.python.org/'),
13         gevent.spawn(f, 'https://www.yahoo.com/'),
14         gevent.spawn(f, 'https://github.com/'),
15 ])

View Code

通过gevent实现单线程下的多socket并发

server side

 1 import sys
 2 import socket
 3 import time
 4 import gevent
 5  
 6 from gevent import socket,monkey
 7 monkey.patch_all()
 8  
 9  
10 def server(port):
11     s = socket.socket()
12     s.bind(('0.0.0.0', port))
13     s.listen(500)
14     while True:
15         cli, addr = s.accept()
16         gevent.spawn(handle_request, cli)
17  
18  
19  
20 def handle_request(conn):
21     try:
22         while True:
23             data = conn.recv(1024)
24             print("recv:", data)
25             conn.send(data)
26             if not data:
27                 conn.shutdown(socket.SHUT_WR)
28  
29     except Exception as  ex:
30         print(ex)
31     finally:
32         conn.close()
33 if __name__ == '__main__':
34     server(8001)

client side

 1 import socket
 2  
 3 HOST = 'localhost'    # The remote host
 4 PORT = 8001           # The same port as used by the server
 5 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 6 s.connect((HOST, PORT))
 7 while True:
 8     msg = bytes(input(">>:"),encoding="utf8")
 9     s.sendall(msg)
10     data = s.recv(1024)
11     #print(data)
12  
13     print('Received', repr(data))
14 s.close()

View Code

 1 import socket
 2 import threading
 3 
 4 def sock_conn():
 5 
 6     client = socket.socket()
 7 
 8     client.connect(("localhost",8001))
 9     count = 0
10     while True:
11         #msg = input(">>:").strip()
12         #if len(msg) == 0:continue
13         client.send( ("hello %s" %count).encode("utf-8"))
14 
15         data = client.recv(1024)
16 
17         print("[%s]recv from server:" % threading.get_ident(),data.decode()) #结果
18         count +=1
19     client.close()
20 
21 
22 for i in range(100):
23     t = threading.Thread(target=sock_conn)
24     t.start()

并发100个sock链接

协程

Greenlet

Gevent

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