Python协程实践分享

协程

协程简单来说就是一个更加轻量级的线程，并且不由操作系统内核管理，完全由程序所控制（在用户态执行）。协程在子程序内部是可中断的，然后转而执行其他子程序，在适当的时候返回过来继续执行。

协程的优势？（协程拥有自己的寄存器上下文和栈，调度切换时，寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切换回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈，直接操作栈则基本没有内核切换的开销，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文非常快。）

yield在协程中的用法

1、协程中的yield通常出现在表达式的右边:

x = yield data

如果yield的右边没有表达式，默认产出的值是None，现在右边有表达式，所以返回的是data这个值。
2、协程可以从调用法接受数据，调用通过send(x)方式将数据提供给协程，同时send方法中包含next方法，所以程序会继续执行。
3、协程可以中断执行，去执行另外的协程。

经典示例

代码：

def hello():
   data = "mima"
   while True:
       x = yield data  
       print(x)
a = hello()
next(a)
data = a.send("hello")
print(data)

代码详解：
程序开始执行，函数hello不会真的执行，而是返回一个生成器给a。
当调用到next()方法时，hello函数才开始真正执行，执行print方法，继续进入while循环；
程序遇到yield关键字，程序再次中断，此时执行到a.send(“hello”)时，程序会从yield关键字继续向下执行，然后又再次进入while循环，再次遇到yield关键字，程序再次中断；

协程在运行过程中的四个状态：

• GEN_CREATE:等待开始执行

• GEN_RUNNING:解释器正在执行

• GEN_SUSPENDED:在yield表达式处暂停

• GEN_CLOSED:执行结束

生产者-消费者模式（协程）

import time
def consumer():
   r = ""
   while True:
       res = yield r
       if not res:
           print("Starting.....")
           return
       print("[CONSUMER] Consuming ％s...." ％res)
       time.sleep(1)
       r = "200 OK"
def produce(c):
   next(c)
   n = 0
   while n<6:
       n+=1
       print("[PRODUCER] Producing ％s ...."％n)
       r = c.send(n)
       print("[CONSUMER] Consumer return: ％s ...."％r)
   c.close()
c = consumer()
produce(c)

代码分析：

• 调用next&copy;启动生成器；

• 消费者一旦生产东西，通过c.send切换到消费者consumer执行；

• consumer通过yield关键字获取到消息，在通过yield把结果执行；

• 生产者拿到消费者处理过的结果，继续生成下一条消息；

• 当跳出循环后，生产者不生产了，通过close关闭消费者，整个过程结束；

gevent第三方库协程支持

原理：gevent基于协程的Python网络库，当一个greenlet遇到IO操作（访问网络）自动切换到其他的greenlet等到IO操作完成后，在适当的时候切换回来继续执行。换而言之就是greenlet通过帮我们自动切换协程，保证有greenlet在运行，而不是一直等待IO操作。

经典代码

由于切换时在发生IO操作时自动完成，所以gevent需要修改Python内置库，这里可以打上猴子补丁（用来在运行时动态修改已有的代码，而不需要原有的代码）monkey.patch_all

#!/usr/bin/python2
# coding=utf8
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
import gevent
import requests
def handle_html(url):
   print("Starting ％s。。。。" ％ url)
   response = requests.get(url)
   code = response.status_code
   print("％s: ％s" ％ (url, str(code)))
if __name__ == "__main__":
   urls = ["https://www.baidu.com", "https://www.douban.com", "https://www.qq.com"]
   jobs = [ gevent.spawn(handle_html, url) for url in urls ]
   gevent.joinall(jobs)

运行结果：

结果：3个网络连接并发执行，但是结束的顺序不同。

asyncio内置库协程支持

原理:asyncio的编程模型就是一个消息循环，从asyncio模块中直接获取一个Eventloop（事件循环）的应用，然后把需要执行的协程放入EventLoop中执行，实现异步IO。

经典代码：

import asyncio
import threading
async def hello():
   print("hello, world: ％s"％threading.currentThread())
   await asyncio.sleep(1) #
   print('hello, man ％s'％threading.currentThread())

if __name__ == "__main__":
   loop = asyncio.get_event_loop()
   loop.run_until_complete(asyncio.wait([hello(), hello()]))
   loop.close()

代码解析：

• 首先获取一个EventLoop

• 然后将这个hello的协程放进EventLoop，运行EventLoop，它会运行知道future被完成

• hello协程内部执行await asyncio.sleep(1)模拟耗时1秒的IO操作，在此期间，主线程并未等待，而是去执行EventLoop中的其他线程，实现并发执行。

代码结果：

异步爬虫实例:

#!/usr/bin/python3
import aiohttp
import asyncio
async def fetch(url, session):
   print("starting: ％s" ％ url)
   async with session.get(url) as response:
       print("％s : ％s" ％ (url,response.status))
       return await response.read()
async def run():
   urls = ["https://www.baidu.com", "https://www.douban.com", "http://www.mi.com"]
   tasks = []
   async with aiohttp.ClientSession() as session:
       tasks = [asyncio.ensure_future(fetch(url, session)) for url in urls] # 创建任务
       response = await asyncio.gather(*tasks) # 并发执行任务

for body in response:
           print(len(response))
if __name__ == "__main__":
   loop = asyncio.get_event_loop()
   loop.run_until_complete(run())
   loop.close()

代码解析：

• 创建一个事件循环，然后将任务放到时间循环中；

• run()方法中主要是创建任务，并发执行任务，返回读取到的网页内容；

• fetch()方法通过aiohttp发出指定的请求，以及返回 可等待对象；

（结束输出网址和list中网址的顺序不同，证明协程中异步I/O操作）

关于aiohttp

asyncio实现类TCP、UDP、SSL等协议，aiohttp则是基于asyncio实现的HTTP框架，由此可以用来编写一个微型的HTTP服务器。

代码：

from aiohttp import web
async def index(request):
   await asyncio.sleep(0.5)
   print(request.path)
   return web.Response(body=' Hello, World')
async def hello(request):
   await asyncio.sleep(0.5)
   text = 'hello, ％s'％request.match_info['name']
   print(request.path)
   return web.Response(body=text.encode('utf-8'))

async def init(loop):
   app = web.Application(loop=loop)
   app.router.add_route("GET", "/" , index)
   app.router.add_route("GET","/hello/{name}", hello)
   srv = await loop.create_server(app.make_handler(), '127.0.0.1', 8000)
   print("Server started at http://127.0.0.0.1:8000....")
   return srv

if __name__ == "__main__":
   loop = asyncio.get_event_loop()
   loop.run_until_complete(init(loop))
   loop.run_forever()

代码解析：

• 创建一个事件循环，传入到init协程中；

• 创建Application实例，然后添加路由处理指定的请求；

• 通过loop创建TCP服务，最后启动事件循环；

来源：https://blog.51cto.com/mbb97/2493661