python协程的详细讲解（附示例）

程序员文章站 2022-03-16 09:53:32

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本篇文章给大家带来的内容是关于python协程的详细讲解（附示例），有一定的参考价值，有需要的朋友可以参考一下，希望对你有所帮助。

进程和线程都会的切换都要消耗时间，保存线程进程当前状态以便下次继续执行。在不怎么需要cpu的程序中，即相对于IO密集型的程序，协程相对于线程进程资源消耗更小，切换更快，更适用于IO密集型。协程也是单线程的，没法利用cpu的多核，想利用cpu多核可以通过，进程+协程的方式，又或者进程+线程+协程。

1、协程的简单实现

协程的原理是通过生成器实现，如下：程序执行到19行，执行consumer函数到13行，next生成器，执行producer函数到8行停下，返回consumer函数13行继续往下执行，循环一次再次来到13行，生成器函数将从上次yield停下的地方往下执行。循环如此就完成就完成了并发的效果。

但有人可能会说我用循环顺序执行两个函数结果也一样啊，如下第2例子。当这里想说的是，这样并不能保留函数的执行的位置，只是简单的一个函数执行结束换到另一个函数而已，遇到需要cpu等待的操作也没法切换。在遇到需要cpu等待的操作主动让出cpu，记住函数执行的位置，下次切换回来继续执行才能算是并发的运行，提高程序的并发效果。

协程简单实现生产者与消费者

import time
def producer():
    while True:
        time.sleep(1)
        print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
        yield
def consumer():
    while True:
        next(prd)
        print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
if __name__ == "__main__":
    prd = producer()
    consumer()
# 输出结果
+++++ 1个包子 16:22:30
----- 1个包子 16:22:30
+++++ 1个包子 16:22:31
----- 1个包子 16:22:31
+++++ 1个包子 16:22:32
----- 1个包子 16:22:32
+++++ 1个包子 16:22:33
----- 1个包子 16:22:33

顺序执行效果

import time
def producer():
    time.sleep(1)
    print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
def consumer():
    print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
if __name__ == "__main__":
    while True:
        producer()
        consumer()
# 输出结果
+++++ 1个包子 16:22:30
----- 1个包子 16:22:30
+++++ 1个包子 16:22:31
----- 1个包子 16:22:31
+++++ 1个包子 16:22:32
----- 1个包子 16:22:32
+++++ 1个包子 16:22:33
----- 1个包子 16:22:33

2、greenlet

greenlet模块需要安装，pip install greenlet。greenlet原理是对生成器的封装。greenlet类提供了一个方法，switch：在需要进行切换的时候切换到指定的协程。

from greenlet import greenlet
import time
def producer():
    while True:
        time.sleep(1)
        print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
        gr2.switch()  # 切换到gr2运行
def consumer():
    while True:
        print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
        gr1.switch()  # 切换到gr1运行
if __name__ == "__main__":
    gr1 = greenlet(producer)
    gr2 = greenlet(consumer)
    gr1.switch()  # 切换到gr1运行
# 输出结果
+++++ 1个包子 09:39:45
----- 1个包子 09:39:45
+++++ 1个包子 09:39:46
----- 1个包子 09:39:46
+++++ 1个包子 09:39:47
----- 1个包子 09:39:47

3、gevent

gevent模块也需要安装，pip install gevent。gevent是对gevent的再次封装，能自动识别耗时操作切换到其它协程。注意gevent遇到耗时操作才会切换协程运行，没有遇到耗时操作是不会主动切换的。

gevent.spawn(*args, **kwargs) 不定长参数中的第一个参数为协程执行的方法fn，其余的依次为 fn 的参数。开启了协程后要调用join方法。

gevent模块中识别耗时的操作有两种方式，① 使用gevent模块中重写的类。如，gevent.socket gevent.sleep ② 打补丁的方式，在所有的代码前。from gevent import monkey 导入这个模块，monkey.patch_all()调用这个方法。

推荐使用第二种方式，这样就不用更改已经写好的代码

正常情况下gevent并不会识别耗时操作

import time
import gevent
def producer():
    for i in range(3):
        time.sleep(1)
        print("+++++ 1个包子", name, time.strftime("%X"))
def consumer():
    for i in range(3):
        time.sleep(1)
        print("----- 1个包子", name, time.strftime("%X"))
if __name__ == "__main__":
    g1 = gevent.spawn(producer, "zhangsan")
    g2 = gevent.spawn(consumer, "lisi")
    g1.join()
    g2.join()
# 输出结果
+++++ 1个包子 zhangsan 10:42:38
+++++ 1个包子 zhangsan 10:42:39
+++++ 1个包子 zhangsan 10:42:40
----- 1个包子 lisi 10:42:41
----- 1个包子 lisi 10:42:42
----- 1个包子 lisi 10:42:43

gevent识别耗时操作方式1，使用gevent中的模块

import time
import gevent
def producer():
    for i in range(3):
        gevent.sleep(1)
        print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
def consumer():
    for i in range(3):
        gevent.sleep(1)
        print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
if __name__ == "__main__":
    g1 = gevent.spawn(producer)
    g2 = gevent.spawn(consumer)
    g1.join()
    g2.join()
# 输出结果
+++++ 1个包子 10:43:04
----- 1个包子 10:43:04
+++++ 1个包子 10:43:05
----- 1个包子 10:43:05
+++++ 1个包子 10:43:06
----- 1个包子 10:43:06

gevent识别耗时操作方式2，打补丁

import time
import gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
def producer():
    for i in range(3):
        time.sleep(1)
        print("+++++ 1个包子", time.strftime("%X"))
def consumer():
    for i in range(3):
        time.sleep(1)
        print("----- 1个包子", time.strftime("%X"))
if __name__ == "__main__":
    g1 = gevent.spawn(producer)
    g2 = gevent.spawn(consumer)
    g1.join()
    g2.join()
# 输出结果
+++++ 1个包子 10:44:04
----- 1个包子 10:44:04
+++++ 1个包子 10:44:05
----- 1个包子 10:44:05
+++++ 1个包子 10:44:06
----- 1个包子 10:44:06

当开启的协程很多的时候，一个个的调用join方法就有点麻烦，所以gevent提供了一个方法joinall()，可以一次join所有的协程。joinall() 方法传参一个列表，列表包含了所有的协程。

joinall

import time
import gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
def producer(name):
    for i in range(3):
        time.sleep(1)
        print("+++++ 1个包子", name, time.strftime("%X"))
def consumer(name):
    for i in range(3):
        time.sleep(1)
        print("----- 1个包子",  name, time.strftime("%X"))
if __name__ == "__main__":
    gevent.joinall([gevent.spawn(producer, "zhangsan"), gevent.spawn(consumer, "lisi")])
# 输出结果
+++++ 1个包子 zhangsan 10:51:34
----- 1个包子 lisi 10:51:34
+++++ 1个包子 zhangsan 10:51:35
----- 1个包子 lisi 10:51:35
+++++ 1个包子 zhangsan 10:51:36
----- 1个包子 lisi 10:51:36

4、协程应用，并发服务器

服务端收到客户端消息，并原样发送回去

server

import socket
import gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
def fn(conn):
    msg = conn.recv(1024).decode("utf-8")
    print("服务的收到>>>", msg)
    conn.send(msg.encode("utf-8"))
sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1", 8899))
sk.listen()
while True:
    conn, addr = sk.accept()
    print("已连接服务器-->", addr)
    gevent.spawn(fn, conn)
sk.close()
# 输出结果
已连接服务器--> ('127.0.0.1', 53878)
已连接服务器--> ('127.0.0.1', 53879)
已连接服务器--> ('127.0.0.1', 53880)
服务的收到>>> client1
服务的收到>>> client2
服务的收到>>> client3

clien

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(("127.0.0.1", 8899))
msg = input("客户端发送的内容>>> ")
sk.send(msg.encode("utf-8"))
msg = sk.recv(1024).decode("utf-8")
print("客户端收到>>>", msg)
sk.close()
# 输出结果
客户端发送的内容>>> client1
客户端收到>>> client1

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