python中的协程是什么

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协程

在python GIL之下,同一时刻只能有一个线程在运行,那么对于CPU计算密集的程序来说,线程之间的切换开销就成了拖累,而以I/O为瓶颈的程序正是协程所擅长的:

python中的协程经历了很长的一段发展历程。其大概经历了如下三个阶段:

1.最初的生成器变形yield/send;

2.引入@asyncio.coroutine和yield from;

3.在最近的python3.5版本中引入async/await关键字。

(1)从yield说起

先看一段普通的计算斐波那契续列的代码

deffibs(n):
res=[0]*n
index=0
a=0
b=1
whileindex<n:
res[index]=b
a,b=b,a+b
index+=1
returnres


forfib_resinfibs(20):
print(fib_res)

如果我们仅仅是需要拿到斐波那契序列的第n位,或者仅仅是希望依此产生斐波那契序列,那么上面这种传统方式就会比较耗费内存。

这时,yield就派上用场了。

deffib(n):
index=0
a=0
b=1
whileindex<n:
yieldb
a,b=b,a+b
index+=1

forfib_resinfib(20):
print(fib_res)

当一个函数中包含yield语句时,python会自动将其识别为一个生成器。这时fib(20)并不会真正调用函数体,而是以函数体生成了一个生成器对象实例。

yield在这里可以保留fib函数的计算现场,暂停fib的计算并将b返回。而将fib放入for…in循环中时,每次循环都会调用next(fib(20)),唤醒生成器,执行到下一个yield语句处,直到抛出StopIteration异常。此异常会被for循环捕获,导致跳出循环。

(2) Send来了

从上面的程序中可以看到,目前只有数据从fib(20)中通过yield流向外面的for循环;如果可以向fib(20)发送数据,那不是就可以在python中实现协程了嘛。

相关推荐:《python教程》

于是,python中的生成器有了send函数,yield表达式也拥有了返回值。

我们用这个特性,模拟一个慢速斐波那契数列的计算:

importtime
importrandom

defstupid_fib(n):
index=0
a=0
b=1
whileindex<n:
sleep_cnt=yieldb
print('letmethink{0}secs'.format(sleep_cnt))
time.sleep(sleep_cnt)
a,b=b,a+b
index+=1


print('-'*10+'testyieldsend'+'-'*10)
N=20
sfib=stupid_fib(N)
fib_res=next(sfib)
whileTrue:
print(fib_res)
try:
fib_res=sfib.send(random.uniform(0,0.5))
exceptStopIteration:
break

python 进行并发编程

python 2的时代,高性能的网络编程主要是使用Twisted、Tornado和Gevent这三个库,但是它们的异步代码相互之间既不兼容也不能移植。

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。

python的在3.4中引入了协程的概念,可是这个还是以生成器对象为基础。

python 3.5添加了async和await这两个关键字,分别用来替换asyncio.coroutine和yield from。

python3.5则确定了协程的语法。下面将简单介绍asyncio的使用。实现协程的不仅仅是asyncio,tornado和gevent都实现了类似的功能。

(1)协程定义

用asyncio实现Hello world代码如下:

importasyncio

@asyncio.coroutine
defhello():
print("Helloworld!")
#异步调用asyncio.sleep(1):
r=yieldfromasyncio.sleep(1)
print("Helloagain!")

#获取EventLoop:
loop=asyncio.get_event_loop()
#执行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

@asyncio.coroutine把一个generator标记为coroutine类型,然后,我们就把这个coroutine扔到EventLoop中执行。 hello()会首先打印出Hello world!,然后,yield from语法可以让我们方便地调用另一个generator。由于asyncio.sleep()也是一个coroutine,所以线程不会等待asyncio.sleep(),而是直接中断并执行下一个消息循环。当asyncio.sleep()返回时,线程就可以从yield from拿到返回值(此处是None),然后接着执行下一行语句。

把asyncio.sleep(1)看成是一个耗时1秒的IO操作,在此期间,主线程并未等待,而是去执行EventLoop中其他可以执行的coroutine了,因此可以实现并发执行。

我们用Task封装两个coroutine试试:

importthreading
importasyncio

@asyncio.coroutine
defhello():
print('Helloworld!(%s)'%threading.currentThread())
yieldfromasyncio.sleep(1)
print('Helloagain!(%s)'%threading.currentThread())

loop=asyncio.get_event_loop()
tasks=[hello(),hello()]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()

观察执行过程:

Helloworld!(<_MainThread(MainThread,started140735195337472)>)
Helloworld!(<_MainThread(MainThread,started140735195337472)>)
(暂停约1秒)
Helloagain!(<_MainThread(MainThread,started140735195337472)>)
Helloagain!(<_MainThread(MainThread,started140735195337472)>)

由打印的当前线程名称可以看出,两个coroutine是由同一个线程并发执行的。

如果把asyncio.sleep()换成真正的IO操作,则多个coroutine就可以由一个线程并发执行。

asyncio案例实战

我们用asyncio的异步网络连接来获取sina、sohu和163的网站首页:

async_wget.py

importasyncio

@asyncio.coroutine
defwget(host):
print('wget%s...'%host)
connect=asyncio.open_connection(host,80)
reader,writer=yieldfromconnect
header='GET/HTTP/1.0\r\nHost:%s\r\n\r\n'%host
writer.write(header.encode('utf-8'))
yieldfromwriter.drain()
whileTrue:
line=yieldfromreader.readline()
ifline==b'\r\n':
break
print('%sheader>%s'%(host,line.decode('utf-8').rstrip()))
#Ignorethebody,closethesocket
writer.close()

loop=asyncio.get_event_loop()
tasks=[wget(host)forhostin['www.sina.com.cn','www.sohu.com','www.163.com']]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()

结果信息如下:

wgetwww.sohu.com...
wgetwww.sina.com.cn...
wgetwww.163.com...
(等待一段时间)
(打印出sohu的header)
www.sohu.comheader>HTTP/1.1200OK
www.sohu.comheader>Content-Type:text/html
...
(打印出sina的header)
www.sina.com.cnheader>HTTP/1.1200OK
www.sina.com.cnheader>Date:Wed,20May201504:56:33GMT
...
(打印出163的header)
www.163.comheader>HTTP/1.0302MovedTemporarily
www.163.comheader>Server:CdnCacheServerV2.0
...

可见3个连接由一个线程通过coroutine并发完成。

小结

asyncio提供了完善的异步IO支持;

异步操作需要在coroutine中通过yield from完成;