python 協程簡介

python協程、greenlet、gevent子產品簡介

之前我們了解了線程、程序的概念，了解了在作業系統中程序是資源配置設定的最小機關，線程是cpu排程的最小機關。按道理來說我們已經算是把cpu的使用率提高很多了。但是我們知道無論是建立多程序還是建立多線程，都要消耗一定的時間來建立程序、線程、以及管理他們之間的切換。随着我們對于效率的追求不斷提高，基于單線程來實作并發又成為一個新的課題，即隻用一個主線程（很明顯可利用的cpu隻有一個）情況下實作并發。這樣就可以節省建立線程序所消耗的時間。為此我們需要先回顧下并發的本質：切換+儲存狀态。

cpu正在運作一個任務，會在兩種情況下切走去執行其他的任務（切換由作業系統強制控制），一種情況是該任務發生了阻塞，另外一種情況是該任務計算的時間過長。

好了知道規律，我們就可以想一個辦法來欺騙作業系統，那如何欺騙呢？就是欺騙作業系統我一直處于很忙的狀态，這樣程式便一直處于就緒和執行的狀态。這也就是協程的本質，程式隻在就緒和執行狀态，而不在阻塞狀态。進而提高程式被cpu執行的機會。

下面我們使用yield生成器來騙作業系統：

對于單線程下，我們不可避免程式中出現io操作，但如果我們能在自己的程式中（即使用者程式級别，而非作業系統級别）控制單線程下的多個任務能在一個任務遇到io阻塞時就切換到另外一個任務去計算，這樣就保證了該線程能夠最大限度地處于就緒态，即随時都可以被cpu執行的狀态，相當于我們在使用者程式級别将自己的io操作最大限度地隐藏起來，進而可以迷惑作業系統，讓其看到：該線程好像是一直在計算，io比較少，進而更多的将cpu的執行權限配置設定給我們的線程。

協程的本質就是在單線程下，由使用者自己控制一個任務遇到io阻塞了就切換另外一個任務去執行，程式一直處于就緒和執行的狀态，欺騙操作業系統我這個程式沒有io阻塞，這樣就省去了程式遇到io時被挂起進入阻塞狀态，以此來提升效率。為了實作它，我們需要找尋一種可以同時滿足以下條件的解決方案：

可以控制多個任務之間的切換，切換之前将任務的狀态儲存下來，以便重新運作時，可以基于暫停的位置繼續執行。

可以檢測io操作，在遇到io操作的情況下才發生切換。

協程：是單線程下的并發，又稱微線程，纖程。英文名coroutine。協程是一種使用者态的輕量級線程，即協程是由使用者程式自己控制排程的。

需要強調的是：

python的線程屬于核心級别的，即由作業系統控制排程（如單線程遇到io或執行時間過長就會被迫交出cpu執行權限，切換其他線程運作）。

單線程内開啟協程，任務排程由使用者控制，一旦遇到io，就會切換到其它任務，以此來提升效率，對比作業系統控制線程的切換，使用者在單線程内控制協程的切換。

優點如下：

協程的切換開銷更小，屬于程式級别的切換，作業系統完全感覺不到，因而更加輕量級。

單線程内就可以實作并發的效果，最大限度地利用cpu。

缺點如下：

協程的本質是單線程下，無法利用多核，可以是一個程式開啟多個程序，每個程序内開啟多個線程，每個線程内開啟協程。

協程指的是單個線程，因而一旦協程出現阻塞，将會阻塞整個線程。

協程特點：

在單線程裡實作并發。

修改共享資料不需加鎖。

任務的上下文切換由使用者控制。

附加：一個協程遇到io操作自動切換到其它協程（如何實作檢測io，yield、greenlet都無法實作，就用到了gevent子產品（select機制））

單純的切換（在沒有io的情況下或者沒有重複開辟記憶體空間的操作），反而會降低程式的執行速度，如下對比：

使用切換的方式如下：

使用正常串行如下：

上面的代碼是純計算的，通過對比可以看出串行的速度比協程的速度要快很多。是以協程一般适用于多i/o的情況。

gevent 是一個第三方庫，可以輕松通過gevent實作并發同步或異步程式設計，在gevent中用到的主要模式是greenlet, 它是以c擴充子產品形式接入python的輕量級協程。 greenlet全部運作在主程式作業系統程序的内部，但它們被協作式地排程。

上例gevent.sleep(2)模拟的是gevent可以識别的io阻塞，而time.sleep(2)或其他的阻塞，gevent是不能直接識别的，需要用下面一行代碼，

打更新檔就可以識别了from gevent import monkey;monkey.patch_all()必須放到被打更新檔者的前面，如time，socket子產品之前

或者我們幹脆記憶成：要用gevent，需要将

from gevent import monkey

monkey.patch_all()放到檔案的開頭

我們可以用threading.current_thread().getname()來檢視每個g1和g2，檢視的結果為dummythread-n，即假線程  dummy虛拟的，假的。

上面程式的重要部分是将task函數封裝到greenlet内部線程的gevent.spawn。

初始化的greenlet清單存放在數組threads中，此數組被傳給gevent.joinall 函數，後者阻塞目前流程，并執行所有給定的greenlet任務。執行流程隻會在 所有greenlet執行完後才會繼續向下走。

gevent應用舉例：