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一篇文章搞懂Python协程

Python协程


一篇文章搞懂Python协程

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之前我们学习了线程、进程的概念 ， 了解了在操作系统中进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位 。按道理来说我们已经算是把cpu的利用率提高很多了 。但是我们知道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 。
为此我们需要先回顾下并发的本质：切换+保存状态
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

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PS：在介绍进程理论时 ， 提及进程的三种执行状态 ， 而线程才是执行单位 ， 所以也可以将上图理解为线程的三种状态
一：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 ， 我们来简单复习一下
#1 yiled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#2 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单纯地切换反而会降低运行效率
#串行执行import timedef consumer(res):'''任务1:接收数据,处理数据'''passdef producer():'''任务2:生产数据'''res=[]for i in range(10000000):res.Append(i)return resstart=time.time()#串行执行res=producer()consumer(res) #写成consumer(producer())会降低执行效率stop=time.time()print(stop-start) #1.5536692142486572#基于yield并发执行import timedef consumer():'''任务1:接收数据,处理数据'''while True:x=yielddef producer():'''任务2:生产数据'''g=consumer()next(g)for i in range(10000000):g.send(i)start=time.time()#基于yield保存状态,实现两个任务直接来回切换,即并发的效果#PS:如果每个任务中都加上打印,那么明显地看到两个任务的打印是你一次我一次,即并发执行的.producer()stop=time.time()print(stop-start) #2.0272178649902344二：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 。
yield无法做到遇到io阻塞
import timedef consumer():'''任务1:接收数据,处理数据'''while True:x=yielddef 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() #并发执行,但是任务producer遇到io就会阻塞住,并不会切到该线程内的其他任务去执行stop=time.time()print(stop-start)对于单线程序 ， 我们不可避免程序中出现io操作 ， 但如果我们能在自己的程序中（即用户程序级别 ， 而非操作系统级别）控制单线程下的多个任务能在一个任务遇到io阻塞时就切换到另外一个任务去计算 ， 这样就保证了该线程能够最大限度地处于就绪态 ， 即随时都可以被cpu执行的状态 ， 相当于我们在用户程序级别将自己的io操作最大限度地隐藏起来 ， 从而可以迷惑操作系统 ， 让其看到：该线程好像是一直在计算 ， io比较少 ， 从而更多的将cpu的执行权限分配给我们的线程 。
协程的本质就是在单线程下 ， 由用户自己控制一个任务遇到io阻塞了就切换另外一个任务去执行 ， 以此来提升效率 。为了实现它 ， 我们需要找寻一种可以同时满足以下条件的解决方案
#1. 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 。#2. 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


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