第1章 线程介绍
1.1 为什么使用协程
对于单线程下，我们不可避免程序中出现io操作，但如果我们能在自己的程序中（即用户程序级别，而非操作系统级别）控制单线程下的多个任务能在一个任务遇到io阻塞时就切换到另外一个任务去计算，这样就保证了该线程能够最大限度地处于就绪态，即随时都可以被cpu执行的状态，相当于我们在用户程序级别将自己的io操作最大限度地隐藏起来，从而可以迷惑操作系统，让其看到：该线程好像是一直在计算，io比较少，从而更多的将cpu的执行权限分配给我们的线程。
协程的本质就是在单线程下，由用户自己控制一个任务遇到io阻塞了就切换另外一个任务去执行，以此来提升效率。
1.2 协程定义
协程：是单线程下的并发，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，即协程是由用户程序自己控制调度的。
1.3 协程的特点
- python的线程属于内核级别的，即由操作系统控制调度（如单线程遇到io或执行时间过长就会被迫交出cpu执行权限，切换其他线程运行）
- 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）
- 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
- 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））
1.4 协程的优缺点
1.4.1 优点
- 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
- 单线程内就可以实现并发的效果，最大限度地利用cpu
1.4.2 缺点
- 协程的本质是单线程下，无法利用多核，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
- 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
第2章 在python程序中的协程操作
2.1 Greenlet模块
2.1.1 安装Greenlet模块
pip3 install greenlet
2.1.2 greenlet实现状态切换
【示例】： 效率比对
import time
def f1():
res=1
for i in range(1000000):
res+=i
def f2():
res=1
for i in range(1000000):
res*=i
start=time.time()
f1()
f2()
stop=time.time()
print('run time is %s' %(stop-start))
#切换
from greenlet import greenlet
import time
def f1():
res=1
for i in range(1000000):
res+=i
g2.switch()
def f2():
res=1
for i in range(1000000):
res*=i
g1.switch()
start=time.time()
g1=greenlet(f1)
g2=greenlet(f2)
g1.switch()
stop=time.time()
print('run time is %s' %(stop-start))【运行结果】：
run time is 0.16954684257507324 run time is 0.7250680923461914
【结论】：
- 单纯的切换（在没有io的情况下或者没有重复开辟内存空间的操作），反而会降低程序的执行速度。
- greenlet只是提供了一种比generator更加便捷的切换方式，当切到一个任务执行时如果遇到io，那就原地阻塞，仍然是没有解决遇到IO自动切换来提升效率的问题。
2.2 Gevent模块
2.2.1 安装Gevent模块
pip3 install gevent
2.2.2 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 # 或者上述两步合作一步：gevent.joinall([g1,g2]) g1.value # 拿到func1的返回值
2.2.3 Gevent模块使用
【示例】：io切换及查看线程名称
from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import threading
import gevent
import time
def eat():
print(threading.current_thread().getName())
print('eat food 1')
time.sleep(2)
print('eat food 2')
def play():
print(threading.current_thread().getName())
print('play 1')
time.sleep(1)
print('play 2')
g1=gevent.spawn(eat)
g2=gevent.spawn(play)
gevent.joinall([g1,g2])
print('主线程')【运行结果】：
DummyThread-1 # DummyThread-n，即假线程的意思 eat food 1 DummyThread-2 play 1 play 2 eat food 2 主线程
【结论】：
- 进程和线程的任务切换由操作系统完成。
- 协程任务之间的切换由程序(代码)完成,只有遇到协程模块能识别的IO操作的时候,程序才会进行任务切换,实现并发的效果。
【示例】：Gevent之同步与异步
from gevent import monkey;monkey.patch_all()
from gevent import spawn,joinall
import time
def task(pid):
"""
Some non-deterministic task
"""
time.sleep(0.5)
print('Task %s done' % pid)
def synchronous(): # 同步
for i in range(3):
task(i)
def asynchronous(): # 异步
g_l = [spawn(task, i) for i in range(3)]
joinall(g_l)
print('DONE')
if __name__ == '__main__':
print('Synchronous:')
synchronous()
print('Asynchronous:')
asynchronous()【运行结果】：
Synchronous: # 一个一个显示出来 Task 0 done Task 1 done Task 2 done Asynchronous: # 一起显示出来 Task 0 done Task 1 done Task 2 done DONE
【分析】：
- 上面程序的重要部分是将task函数封装到Greenlet内部线程的spawn
- 初始化的greenlet列表存放在数组threads中，此数组被传给joinall 函数
- 后者阻塞当前流程，并执行所有给定的greenlet任务。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。
2.3 协程应用
2.3.1 爬虫应用
【示例】：
from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
from urllib.request import urlopen # 内置的模块
def get_url(url):
response = urlopen(url)
content = response.read().decode('utf-8')
return len(content)
g1 = gevent.spawn(get_url,'http://www.baidu.com')
g2 = gevent.spawn(get_url,'http://www.sogou.com')
g3 = gevent.spawn(get_url,'http://www.taobao.com')
g4 = gevent.spawn(get_url,'http://www.hao123.com')
g5 = gevent.spawn(get_url,'http://www.cnblogs.com')
gevent.joinall([g1,g2,g3,g4,g5])
print(g1.value)
print(g2.value)
print(g3.value)
print(g4.value)
print(g5.value)【运行结果】：
118050 23356 153777 496578 40300
2.3.2 单线程下的socket并发
【服务端】：
from gevent import monkey;monkey.patch_all()
from socket import *
import gevent
#如果不想用money.patch_all()打补丁,可以用gevent自带的socket
# from gevent import socket
# s=socket.socket()
def server(server_ip,port):
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind((server_ip,port))
s.listen(5)
while True:
conn,addr=s.accept()
gevent.spawn(talk,conn,addr)
def talk(conn,addr):
try:
while True:
res=conn.recv(1024)
print('client %s:%s msg: %s' %(addr[0],addr[1],res))
conn.send(res.upper())
except Exception as e:
print(e)
finally:
conn.close()
if __name__ == '__main__':
server('127.0.0.1',8080)【客户端】：
from socket import *
client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1',8080))
while True:
msg=input('>>: ').strip()
if not msg:continue
client.send(msg.encode('utf-8'))
msg=client.recv(1024)
print(msg.decode('utf-8'))【运行结果】：
# 服务端 client 127.0.0.1:4261 msg: b'client1' client 127.0.0.1:4263 msg: b'client2' # 客户端1 >>: client1 CLIENT1 >>: # 客户端2 >>: client2 CLIENT2 >>:
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