协程基础及其创建和使用方法

一、引言

之前我们学习了线程、进程的概念,了解了在操作系统中进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位。按道理来说我们已经算是把cpu的利用率提高很多了。但是我们知道无论是创建多进程还是创建多线程来解决问题,都要消耗一定的时间来创建进程、创建线程、以及管理他们之间的切换。

随着我们对于效率的追求不断提高,基于单线程来实现并发又成为一个新的课题,即只用一个主线程(很明显可利用的cpu只有一个)情况下实现并发。这样就可以节省创建线进程所消耗的时间。

所以,产生协程的概念是为了实现: 单线程下实现并发

为此我们需要先回顾下并发的本质:切换+保存状态。

多线程实现并发:cpu正在运行一个任务(线程),会在两种情况下切走去执行其他的任务(切换由操作系统强制控制):,一种情况是该任务发生了阻塞,另外一种情况是该任务计算的时间过长。

如果是做纯计算任务的切换,这种切换反而会降低效率。
先在串行下执行计算任务:

import time
def eat():
    print('eat 1')
    # 疯狂计算的时候没有io(计算密集)
    time.sleep(2)
    for i in range(100000000):
        i += 1

def play():
    print('play 1')
    # 疯狂的计算的时候没有io(计算密集)
    time.sleep(3)
    for i in range(100000000):
        i += 1

play()
start = time.time()
eat()
end = time.time()
print(end-start)  # 8.753973960876465

我们再基于Yield函数验证,yield本身就是一种在单线程下可以保存任务运行状态的方法,我们来简单复习一下:

? yiled可以保存状态,yield的状态保存与操作系统的保存线程状态很像,但是yield是代码级别控制的,更轻量级。

基于yield并发执行计算任务:

import time
def func1():
    while True:
        1000000 + 1
        yield

def func2():
    g = func1()
    print(g)
    for i in range(100000000):
        i + 1
        next(g)
start = time.time()
func2()
end = time.time()
print(end-start)  # 28.07292866706848

由上面两个对比,如果是执行计算任务,单纯地切换的话,徒增了执行的时间,降低了效率。

什么样的协程是有意义的?

? 1.遇到IO切换的时候才有意义,以此来提升效率。(非io操作的切换与效率无关)

? 2.协程是一种用户态的轻量级线程,即协程是由用户程序自己控制调度的。

? 3.单线程内开启协程,一旦遇到io,就会从应用程序级别(而非操作系统)控制切换,以此来提升效率(!!!非io操作的切换与效率无关)

? 4.协程概念本质是程序员抽象出来的,操作系统并不知道协程的存在,意思是一个线程遇到了Io,线程内部切到线程自己的其他任务上了,操作系统根本发现不了。也就是实现了单线程下效率最高

对比多线程,单线程实现并发优缺点:

? 优点如下:

  1. 协程的切换开销更小,属于程序级别的切换,操作系统完全感知不到,因而更加轻量级
  2. 单线程内就可以实现并发的效果,最大限度地利用cpu

? 缺点如下:

  1. 协程的本质是单线程下,无法利用多核优势,可以是一个程序开启多个进程,每个进程内开启多个线程,每个线程内开启协程
  2. 协程指的是单个线程,因而一旦协程出现阻塞,将会阻塞整个线程

总结协程特点:

  1. 必须在只有一个单线程里实现并发
  2. 修改共享数据不需加锁
  3. 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
  4. 附加:一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程(如何实现检测IO,yield、greenlet都无法实现,就用到了gevent模块(select机制))

二、gevent模块的使用

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

2.1 用法介绍

g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5):创建一个协程对象g1,spawn括号内第一个参数是函数名,如eat,后面可以有多个参数,可以是位置实参或关键字实参,都是传给函数eat的

g2=gevent.spawn(func2)

g1.join():等待g1结束

g2.join():等待g2结束

上述两步合作一步:gevent.joinall([g1,g2])

g1.value:拿到func1的返回值

2.2 例:遇到io主动切换

import gevent
def eat(name):
    print('%s eat 1' %name)
    gevent.sleep(2)
    print('%s eat 2' %name)

def play(name):
    print('%s play 1' %name)
    gevent.sleep(1)
    print('%s play 2' %name)

g1=gevent.spawn(eat,'egon')
g2=gevent.spawn(play,name='egon')
g1.join()
g2.join()
# 或者gevent.joinall([g1,g2])
print('主')

上例中的gevent.sleep(2)模拟的是gevent可以识别的io阻塞,而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接识别的需要用下面一行代码,打补丁,就可以识别了。

from gevent import monkey;monkey.patch_all()必须放到被打补丁者的前面,如time,socket模块之前。

或者我们干脆记忆成:要用gevent,需要将from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的开头

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import time

def eat():
    print('eat 1')
    print(currentThread().getName())  # DummyThread-1 意思是假线程
    time.sleep(2)
    print('eat 2 ')

def play():
    print('play 1')
    print(currentThread().getName()) # DummyThread-2 意思是假线程
    time.sleep(3)
    print('play 2')

start = time.time()
g1 = gevent.spawn(eat)
g2 = gevent.spawn(play)
g1.join()
g2.join()
end = time.time()
print(end-start)  # 3.0058395862579346

原文地址:https://www.cnblogs.com/guapitomjoy/p/11565116.html

时间: 2024-10-14 06:34:52

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