协程

协程

协程，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。

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，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。

协程的好处：

• 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
  • 　　"原子操作(atomic operation)是不需要synchronized"，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。
• 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。

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yield实现协程操作例子　　　　

import time

def consumer(name):
    print("--->starting eating baozi...")

    while 1:
        new_baozi = yield
        print("{} is eating {}".format(name,new_baozi))

def producer():

    conn = consumer("c1")
    conn1 = consumer("c2")
    conn.__next__()
    conn1.__next__()

    for i in range(5):
        print("33[33;1m[producer]33[0m is making baozi {}".format(i))
        conn.send(i)
        conn1.send(i)
        time.sleep(1)
if __name__ == "__main__":
   producer()

　　

看楼上的例子，我问你这算不算做是协程呢？你说，我他妈哪知道呀，你前面说了一堆废话，但是并没告诉我协程的标准形态呀，我腚眼一想，觉得你说也对，那好，我们先给协程一个标准定义，即符合什么条件就能称之为协程：

1. 必须在只有一个单线程里实现并发
2. 修改共享数据不需加锁
3. 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
4. 一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程

基于上面这4点定义，我们刚才用yield实现的程并不能算是合格的线程，因为它有一点功能没实现，哪一点呢？第4点，遇到io操作不能自动切换

Greenlet

greenlet是一个用C实现的协程模块，相比与python自带的yield，它可以使你在任意函数之间随意切换，而不需把这个函数先声明为generator

def test1():
    print(12)
    gr2.switch()  #切换到test2
    print(34)
    gr2.switch()

def test2():
    print(56)
    gr1.switch()
    print(78)

gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)
gr1.switch()   #切换到test1

感觉确实用着比generator还简单了呢，但好像还没有解决一个问题，就是遇到IO操作，自动切换，对不对？

遇到IO自动切换

Gevent 

Gevent 是一个第三方库，可以轻松通过gevent实现并发同步或异步编程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C扩展模块形式接入Python的轻量级协程。 Greenlet全部运行在主程序操作系统进程的内部，但它们被协作式地调度。

import gevent,time
import urllib.request

from gevent import monkey
monkey.patch_all()       #为所有的io操作打上标记，如果不执行该操作，gevent捕捉不到io操作，程序就是同步的
def f(url):
    print("GET:{}".format(url))
    resp = urllib.request.urlopen(url)
    data = resp.read()
    print("{} bytes received from {}".format(len(data),url))
urls  =   [
        'https://www.python.org/',
        'https://www.yahoo.com/',
        'https://github.com/'
    ]

time_start = time.time()
for url in urls:
    f(url)
print("syn need time {}".format(time.time()-time_start))

asyn_time_start = time.time()
gevent.joinall(
    [
        gevent.spawn(f,'https://www.python.org/'),
        gevent.spawn(f,'https://www.yahoo.com/'),
        gevent.spawn(f,'https://github.com/')
    ]
)
print("asyn need time {}".format(time.time()-asyn_time_start))

结果：
GET:https://www.python.org/
48751 bytes received from https://www.python.org/
GET:https://www.yahoo.com/
476839 bytes received from https://www.yahoo.com/
GET:https://github.com/
55428 bytes received from https://github.com/
syn need time 10.2451171875
GET:https://www.python.org/
GET:https://www.yahoo.com/
GET:https://github.com/
474105 bytes received from https://www.yahoo.com/
48751 bytes received from https://www.python.org/
55428 bytes received from https://github.com/
asyn need time 2.609440326690674

　　

　使用协程来处理服务器多并发

#服务器端
import socket,gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
def server():
    s = socket.socket()
    s.bind(("0.0.0.0",3000))
    s.listen()
    while True:
        conn,addr = s.accept()
        gevent.spawn(handle_request,conn)

def handle_request(conn):
    try:
        while True:
            data = conn.recv(1024)
            print("recv:",data)
            conn.send(data)
            if not data:
                break
    except Exception as ex:
        print(ex)
    finally:
        conn.close()

server()

#客户端
import socket

s = socket.socket()
s.connect(("localhost",3000))

while True:
    msg = bytes(input(">>"),encoding="utf-8")
    s.sendall(msg)
    data = s.recv(1024)
    print("Received",data)

s.close()