python使用协程并发
2019-08-30

协程

协程是一种用户态的轻量级线程,又称微线程。

协程拥有自己的寄存器上下文和栈,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。

优点:

    无需线程上下文切换的开销无需原子操作锁定及同步的开销方便切换控制流,简化编程模型高并发+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。

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,中间不会有任何 context switch (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。缺点:

    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。进行阻塞(Blocking)操作(如IO时)会阻塞掉整个程序

 

使用Gevent

gevent是python的一个并发框架,以微线程greenlet为核心,使用了epoll事件监听机制以及诸多其他优化而变得高效.

简单示例

gevent的sleep可以交出控制权,当我们在受限于网络或IO的函数中使用gevent,这些函数会被协作式的调度, gevent的真正能力会得到发挥。Gevent处理了所有的细节, 来保证你的网络库会在可能的时候,隐式交出greenlet上下文的执行权。

import geventdef foo(): print("running in foo") gevent.sleep(0) print("com back from bar in to foo")def bar(): print("running in bar") gevent.sleep(0) print("com back from foo in to bar")# 创建线程并行执行程序gevent.joinall([ gevent.spawn(foo), gevent.spawn(bar),])

  执行结果

running in foorunning in barcom back from bar in to foocom back from foo in to bar

同步异步

import randomimport geventdef task(pid): gevent.sleep(random.randint(0, 2) * 0.001) print("Task %s done" % pid)def synchronous(): for i in range(1, 10): task(i)def asynchronous(): threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)] gevent.joinall(threads)print("Synchronous:")synchronous()print("Asynchronous:")asynchronous()

  执行输出

Synchronous:Task 1 doneTask 2 doneTask 3 doneTask 4 doneTask 5 doneTask 6 doneTask 7 doneTask 8 doneTask 9 doneAsynchronous:Task 1 doneTask 4 doneTask 5 doneTask 9 doneTask 6 doneTask 0 doneTask 2 doneTask 3 doneTask 7 doneTask 8 done

以子类的方法使用协程

可以子类化Greenlet类,重载它的_run方法,类似多线程和多进程模块

import geventfrom gevent import Greenletclass Test(Greenlet): def __init__(self, message, n): Greenlet.__init__(self) self.message = message self.n = n def _run(self): print(self.message, "start") gevent.sleep(self.n) print(self.message, "end")tests = [ Test("hello", 3), Test("world", 2),]for test in tests: test.start() # 启动for test in tests: test.join() # 等待执行结束

使用monkey patch修改系统标准库(自动切换协程)

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。

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

import geventimport requestsfrom gevent import monkeymonkey.patch_socket()def task(url): r = requests.get(url) print("%s bytes received from %s" % (len(r.text), url))gevent.joinall([ gevent.spawn(task, "https://www.baidu.com/"), gevent.spawn(task, "https://www.qq.com/"), gevent.spawn(task, "https://www.jd.com/"),])

  执行输出

2443 bytes received from https://www.baidu.com/108315 bytes received from https://www.jd.com/231873 bytes received from https://www.qq.com/

可以看出3个网络操作是并发执行的,而且结束顺序不同

 

参考链接:http://hhkbp2.github.io/gevent-tutorial/