python协程及应用（一）：简介

前言：我一直在关注如何让开发变得更容易，效率更高，更不易出错。之前做过类似的努力，结合SOA和工作流引擎做的一个流程编辑：http://blog.csdn.net/chgaowei/article/category/597366。它有它自身的缺陷：脚本和程序之间的耦合太大，脚本限制太多。

后来接触并且学习Python，它简洁而强大，应该是解决这类问题的一个思路。那天看到Python自带的生成器yield关键字，感觉着应该是解决逻辑问题的一个突破点（后面会介绍）。再后来参加Python con2011 china，看里面很多人提到了协程和Greenlet，特别是赖勇浩提出的口号：协程才是未来。当时很兴奋，我一直思考的问题有了解决方案。

 协程是什么？

可以参考一下维基百科：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8F%E7%A8%8B。

我之前写过一篇文章：并发编程学习总结也提到过。我认为这个定义也许更加贴切：“编程语言提供的一种并发机制”。

先让我们来看一下进程和线程。

未来让计算机能够同时处理多个任务，操作系统有了进程的概念，而且在进程内部，基本可以认为当前系统只有一个进程在运行，操作系统对此作了非常好的封装。进程间的切换是有操作系统来完成的。

进程有一个问题，就是进程间切换耗费计算机资源非常大，而且申请一个新的进程的成本也非常高。所以后来就有了线程，它生成的成本和切换的消耗都比进程要低很多，而且线程间通信也非常方便。

线程的问题是：1）存在线程安全问题，出了问题非常不易定位。2）进程内部有线程数目的限制。3）随着并发量的增加，线程生成和切换的成本也变得昂贵。

解决并发还有一个方案是IO多路复用，它的效率确实非常高，但是代码复杂度也非常高：它把一个流程打散成一个个的节点，散落在多个地方，对开发和维护非常不利（这个是我们经常用的方案）。

 好，来看协程是如何解决这些问题的：

1）协程的生成成本更低。其实就是一块内存，记录之前的调用的栈信息。你甚至可以通过控制函数调用的层次来进一步降低协程的大小。要生成一个协程，只需要申请一块内存并赋值。

2）切换更快。基本是就是内存的拷贝的速度。

3）没有线程安全问题。一个进程内可以同时存在多个协程，但是只有一个协程是激活的，而且协程的激活和休眠时程序员通过编程来控制，而不是内核来控制的。这样就没有了线程安全问题。

4）可读性更好。相对于IO多路复用来说，你调用的服务接口或者IO接口是异步的，但是你的代码是流畅（顺序）的，并没有被异步和回调打乱。协程也是异步的，但是它会把异步的事件和回调封装起来，形成类似远程调用接口。

 一些资料：

赖勇浩在pycon 2011 china上列举了一个node.js用异步实现的一块代码和Python协程风格的代码很能说明问题：http://www.slideshare.net/laiyonghao/python-webgame-10452102

赖勇浩关于协程的文章非常不错，可以作为参考，可惜没有写完:协程三篇之一（协程初接触）。

赖勇浩自己也做了一个机遇Google protocol buffer和Greenlet的远程调用框架abu.rpc，有兴趣的可以参考一下（在写这篇文章之前，还一直没有抽出时间看一下）。

 提供协程机制的编程语言：

现在很多语言都提供协程机制，或者通过第三方模块来实现协程。目前据我所知，支持协程的语言包括：Python，lua，erlang，go，io，ruby，c#等。我甚至还看到一些文章会在c中使用go和switch或者longjmp/setjmp来实现协程，不过很难再实际项目中使用。

 Python的协程实现：

yield可以实现协程。另外，还有很多第三方的版本，比如greenlet。

 协程可以用来做什么？

1）描述逻辑：我主要把协程用来描述逻辑。一个流程可能需要调用多个接口，其中很多接口是异步的。这样描述起来会困难一点。用线程是可以解决部分问题，但是复杂度提升。

2）提高并发：主要应用在IO密集型应用中。gevent就是在greenlet基础之上的一个处理并发的框架，和上面的区别是，这里的事件及接口是IO接口。

 缺陷：

无法使用多核。不过可以通过进程+协程来解决。