协程理论 进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位
无论是创建多进程还是创建多线程来解决问题,都要消耗一定的时间来创建进程、创建线程、以及管理他们之间的切换。
随着我们对于效率的追求不断提高,基于单线程来实现并发又成为一个新的课题,即只用一个主线程(很明显可利用的cpu只有一个)情况下实现并发。这样就可以节省创建线进程所消耗的时间。
cpu正在运行一个任务,会在两种情况下切走去执行其他的任务(切换由操作系统强制控制),一种情况是该任务发生了阻塞,另外一种情况是该任务计算的时间过长
其中第二种情况并不能提升效率,只是为了让cpu能够雨露均沾,实现看起来所有任务都被“同时”执行的效果,如果多个任务都是纯计算的,这种切换反而会降低效率。
为此我们可以基于yield来验证。yield本身就是一种在单线程下可以保存任务运行状态的方法
yield可以保存状态,yield的状态保存与操作系统的保存线程状态很像,但是yield是代码级别控制的,更轻量级
send可以把一个函数的结果传给另外一个函数,以此实现单线程内程序之间的切换
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第一种情况的切换。在任务一遇到io情况下,切到任务二去执行,这样就可以利用任务一阻塞的时间完成任务二的计算,效率的提升就在于此。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 import timedef consumer () : '''任务1:接收数据,处理数据''' while True : x=yield def producer () : '''任务2:生产数据''' g=consumer() next(g) for i in range(10000000 ): g.send(i) time.sleep(2 ) start=time.time() producer() stop=time.time() print(stop-start)
可以控制多个任务之间的切换,切换之前将任务的状态保存下来,以便重新运行时,可以基于暂停的位置继续执行。
作为1的补充:可以检测io操作,在遇到io操作的情况下才发生切换
协程 协程是一种用户态的轻量级线程,即协程是由用户程序自己控制调度的。、
python的线程属于内核级别的,即由操作系统控制调度(如单线程遇到io或执行时间过长就会被迫交出cpu执行权限,切换其他线程运行)
单线程内开启协程,一旦遇到io,就会从应用程序级别(而非操作系统)控制切换,以此来提升效率(!!!非io操作的切换与效率无关)
对比操作系统控制线程的切换,用户在单线程内控制协程的切换
优点:
协程的切换开销更小,属于程序级别的切换,操作系统完全感知不到,因而更加轻量级
单线程内就可以实现并发的效果,最大限度地利用cpu
缺点:
协程的本质是单线程下,无法利用多核,可以是一个程序开启多个进程,每个进程内开启多个线程,每个线程内开启协程
协程指的是单个线程,因而一旦协程出现阻塞,将会阻塞整个线程
协程特点:
必须在只有一个单线程里实现并发
修改共享数据不需加锁
用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
附加:一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程(如何实现检测IO,yield、greenlet都无法实现,就用到了gevent模块(select机制)
Greenlet模块 pip install greenlet
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 from greenlet import greenletdef eat (name) : print('%s eat 1' %name) g2.switch('aaron' ) print('%s eat 2' %name) g2.switch() def play (name) : print('%s play 1' %name) g1.switch() print('%s play 2' %name) g1=greenlet(eat) g2=greenlet(play) g1.switch('aaron' )
单纯的切换(在没有io的情况下或者没有重复开辟内存空间的操作),反而会降低程序的执行速度
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greenlet只是提供了一种比generator更加便捷的切换方式,当切到一个任务执行时如果遇到io,那就原地阻塞,仍然是没有解决遇到IO自动切换来提升效率的问题。
单线程里的这20个任务的代码通常会既有计算操作又有阻塞操作,我们完全可以在执行任务1时遇到阻塞,就利用阻塞的时间去执行任务2。。。。如此,才能提高效率,这就用到了Gevent模块。
Gevent模块 pip install 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。
用法介绍
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 g1=gevent.spawn(func,1 ,2 ,3 ,x=4 ,y=5 ) g2=gevent.spawn(func2) g1.join() g2.join() g1.value
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 import geventdef eat (name) : print('%s eat 1' %name) gevent.sleep(2 ) print('%s eat 2' %name) def play (name) : print('%s play 1' %name) gevent.sleep(1 ) print('%s play 2' %name) g1=gevent.spawn(eat,'aaron' ) g2=gevent.spawn(play,name='aaron' ) g1.join() g2.join() print('主' )
上例gevent.sleep(2)模拟的是gevent可以识别的io阻塞,而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接识别的需要用下面一行代码,打补丁,就可以识别了
from gevent import monkey;monkey.patch_all()必须放到被打补丁者的前面,如time,socket模块之前
或者我们干脆记忆成:要用gevent,需要将from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的开头
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 from gevent import monkey;monkey.patch_all()import geventimport timedef eat () : print('eat food 1' ) time.sleep(2 ) print('eat food 2' ) def play () : print('play 1' ) time.sleep(1 ) print('play 2' ) g1=gevent.spawn(eat) g2=gevent.spawn(play) gevent.joinall([g1,g2]) print('主' )
用threading.current_thread().getName()来查看每个g1和g2,查看的结果为DummyThread-n,即假线程
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 from gevent import monkey;monkey.patch_all()import threadingimport geventimport timedef eat () : print(threading.current_thread().getName()) print('eat food 1' ) time.sleep(2 ) print('eat food 2' ) def play () : print(threading.current_thread().getName()) print('play 1' ) time.sleep(1 ) print('play 2' ) g1=gevent.spawn(eat) g2=gevent.spawn(play) gevent.joinall([g1,g2]) print('主' )
Gevent之同步与异步 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 from gevent import spawn,joinall,monkey;monkey.patch_all()import timedef task (pid) : """ Some non-deterministic task """ time.sleep(0.5 ) print('Task %s done' % pid) def synchronous () : for i in range(10 ): task(i) def asynchronous () : g_l=[spawn(task,i) for i in range(10 )] joinall(g_l) print('DONE' ) if __name__ == '__main__' : print('Synchronous:' ) synchronous() print('Asynchronous:' ) asynchronous()
Gevent之应用举例一 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 from gevent import monkey;monkey.patch_all()import geventimport requestsimport timedef get_page (url) : print('GET: %s' %url) response=requests.get(url) if response.status_code == 200 : print('%d bytes received from %s' %(len(response.text),url)) start_time=time.time() gevent.joinall([ gevent.spawn(get_page,'https://www.python.org/' ), gevent.spawn(get_page,'https://www.yahoo.com/' ), gevent.spawn(get_page,'https://github.com/' ), ]) stop_time=time.time() print('run time is %s' %(stop_time-start_time))
Gevent之应用举例二 通过gevent实现单线程下的socket并发
注意 :from gevent import monkey;monkey.patch_all()一定要放到导入socket模块之前,否则gevent无法识别socket的阻塞
服务端
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客户端
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 from socket import *client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) client.connect(('127.0.0.1' ,8080 )) while True : msg=input('>>: ' ).strip() if not msg:continue client.send(msg.encode('utf-8' )) msg=client.recv(1024 ) print(msg.decode('utf-8' ))
多线程并发客户端
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 from threading import Threadfrom socket import *import threadingdef client (server_ip,port) : c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) c.connect((server_ip,port)) count=0 while True : c.send(('%s say hello %s' %(threading.current_thread().getName(),count)).encode('utf-8' )) msg=c.recv(1024 ) print(msg.decode('utf-8' )) count+=1 if __name__ == '__main__' : for i in range(500 ): t=Thread(target=client,args=('127.0.0.1' ,8088 )) t.start()