一、协程
什么是协程？
协程，又名微线程，纤程，英文名为Coroutine。
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。
CPU只认识线程，不认识协程。线程的寄存器在CPU上，协程的寄存器不在CPU上。
yield就是在单线程下通过yield切换的协程。
协程的好处？
1.使用协程，无需线程上下文切换的开销。
用协程在单线程下实现并发效果，实际上是在单线程下实现函数之间的切换，不涉及CPU的切换。
2.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，中间不会有任务的context switch（上下文切换——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。
3.方便切换控制流，简化编程模型
4.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。
协程的缺点？
1.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。
2.进行阻塞Blocking操作（如IO时）会阻塞掉整个程序
协程的标准定义，标准形态
符合标准的协程必须满足以下4点的功能：
1.必须在只有一个单线程里实现并发
2.修改共享数据不需要加锁
3.用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
4.一个协程遇到IO操作自动切换到其他协程
greenlet 和 Gevent
Python通过yield提供了对协程的基本支持，但是不完全。而第三方的gevent为Python提供了比较完善的协程支持。
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.
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。
gevent通过greenlet实现协程，其基本思想是：
当一个greenlet遇到IO操作时，比如访问网络，就自动切换到其他的greenlet，等到IO操作完成，再在适当的时候切换回来继续执行。由于IO操作非常耗时，经常使程序处于等待状态，有了gevent为我们自动切换协程，就保证总有greenlet在运行，而不是等待IO。
greenlet实例：
1 from greenlet import greenlet 2 def test1(): 3 print(12) 4 gr2.switch() #step3:切换到gr2，运行test2() print(56) 5 print(34) 6 gr2.switch() #step5:切换到gr2，运行test2() print(78) 7 8 def test2(): 9 print(56) 10 gr1.switch() #step4:切换到gr1，运行test1() print(34) 11 print(78) 12 13 gr1=greenlet(test1) #step1:生成greenlet实例 14 gr2=greenlet(test2) 15 gr1.switch() #step2:切换到gr1，运行test1() print(12)
返回：
greenlet通过switch()手动切换函数，在单线程下实现协程的效果。
Gevent实例：
1 import gevent 2 def fun1(): 3 print(1) 4 gevent.sleep(1) 5 print(2) 6 7 def fun2(): 8 print(3) 9 gevent.sleep(1) 10 print(4) 11 12 def fun3(): 13 print(5) 14 gevent.sleep(4) 15 print(6) 16 17 gevent.joinall([ 18 gevent.spawn(fun1), 19 gevent.spawn(fun2), 20 gevent.spawn(fun3) 21 ])
返回：
注意：gevent中的方法：
gevent.joinall(greenlets,timeout=None,raise_error=False,count=None)
gevent.spawn(*args,**kwargs)
实例：遇到IO阻塞时自动切换任务：
由于切换是在IO操作时自动完成，所以gevent需要修改Python自带的一些标准库，这一过程在启动时通过monkey patch完成：
1 import gevent 2 from urllib.request import urlopen #由于gevent无法监测urllib中的IO操作，所以要加上monkey.patch_all()，做上标记后后实现IO的自动切换。 3 import re 4 def f(url): 5 print(url) 6 resp=urlopen(url) #生成一个urlopen实例 7 data=resp.read() #读取urlopen实例化对象的内容 8 print(len(data),url) 9 10 11 gevent.joinall([ 12 gevent.spawn(f,‘http://sh.gsxt.gov.cn/notice/notice/view?uuid=tJrWRfxkMtxQqih9h7lwTujrR0nXE6pM&tab=01‘), 13 gevent.spawn(f,‘https://www.tianyancha.com/company/22823‘), 14 gevent.spawn(f,‘https://www.tianyancha.com/login?from=https%3A%2F%2Fwww.tianyancha.com%2Fcompany%2F24489290‘) 15 ])
注意：在gevent中无法判断直接引用是不清楚urllib中是否有IO切换的，只要在脚本最前面加上“from gevent import monkey;monkey.patch_all()”就可以实现在IO操作前进行标记。
实例：通过gevent实现单线程下的多socket并发
server端：
1 import sys 2 import socket 3 import time 4 import gevent 5 6 from gevent import monkey,socket 7 monkey.patch_all() 8 9 def server(port): 10 s=socket.socket() 11 s.bind((‘0.0.0.0‘,port)) 12 s.listen(500) 13 while True: 14 cli,addr=s.accept() 15 gevent.spawn(handle_request,cli) 16 17 def handle_request(conn): 18 try: 19 while True: 20 data=conn.recv(1024) 21 print(‘recv:‘,data) 22 conn.send(data) 23 if not data: 24 conn.shutdown(socket.SHUT_WR) 25 26 except Exception as ex: 27 print(ex) 28 finally: 29 conn.close() 30 31 if __name__==‘__main__‘: 32 server(8001)
client端：
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="utf-8")
9 s.sendall(msg)
10 data = s.recv(1024)
11 print(‘Received‘, data)
12
13 s.close()
这个实例通过协程实现了一个大规模的多并发的socket server。
论事件驱动与异步IO
通常，我们写服务器处理模型的程序时，有以下几种模型：
（1） 每收到一个请求，创建一个新的进程来处理该请求； server=socketserver.ForkingTCPServer()
（2） 每收到一个请求，创建一个新的线程来处理该请求； server=socketserver.ThreadingTCPServer()
（3） 每收到一个请求，放入一个事件列表，让主进程通过非阻塞I/O方式(协程)来处理请求
上面的方法的优劣：
第一种方法，由于创建新的进程的开销比较大，所以会导致服务器性能比较差，但实现比较简单。
第二种方法，由于要涉及到线程的同步，有可能会面临死锁等问题。
第三种方法，在写应用程序代码时，逻辑比前面两种都复杂。
综合考虑，一般普遍认为第三种方式是大多数网络服务器采用的方式。
异步IO