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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