协程

在学习异步IO模型前，我们先来了解协程。 协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。 协程的概念很早就提出来了，但直到最近几年才在某些语言（如Lua）中得到广泛应用。 子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。 所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。 子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。 协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。 注意，在一个子程序中中断，去执行其他子程序，不是函数调用，有点类似CPU的中断。比如子程序A、B： ~~~ def A(): print('1') print('2') print('3') def B(): print('x') print('y') print('z') ~~~ 假设由协程执行，在执行A的过程中，可以随时中断，去执行B，B也可能在执行过程中中断再去执行A，结果可能是： ~~~ 1 2 x y 3 z ~~~ 但是在A中是没有调用B的，所以协程的调用比函数调用理解起来要难一些。 看起来A、B的执行有点像多线程，但协程的特点在于是一个线程执行，那和多线程比，协程有何优势？ 最大的优势就是协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。 第二大优势就是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。 因为协程是一个线程执行，那怎么利用多核CPU呢？最简单的方法是多进程+协程，既充分利用多核，又充分发挥协程的高效率，可获得极高的性能。 Python对协程的支持是通过generator实现的。 在generator中，我们不但可以通过`for`循环来迭代，还可以不断调用`next()`函数获取由`yield`语句返回的下一个值。 但是Python的`yield`不但可以返回一个值，它还可以接收调用者发出的参数。 来看例子： 传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息，一个线程取消息，通过锁机制控制队列和等待，但一不小心就可能死锁。 如果改用协程，生产者生产消息后，直接通过`yield`跳转到消费者开始执行，待消费者执行完毕后，切换回生产者继续生产，效率极高： ~~~ def consumer(): r = '' while True: n = yield r if not n: return print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n) r = '200 OK' def produce(c): c.send(None) n = 0 while n < 5: n = n + 1 print('[PRODUCER] Producing %s...' % n) r = c.send(n) print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r) c.close() c = consumer() produce(c) ~~~ 执行结果： ~~~ [PRODUCER] Producing 1... [CONSUMER] Consuming 1... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 2... [CONSUMER] Consuming 2... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 3... [CONSUMER] Consuming 3... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 4... [CONSUMER] Consuming 4... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK [PRODUCER] Producing 5... [CONSUMER] Consuming 5... [PRODUCER] Consumer return: 200 OK ~~~ 注意到`consumer`函数是一个`generator`，把一个`consumer`传入`produce`后： 1. 首先调用`c.send(None)`启动生成器； 2. 然后，一旦生产了东西，通过`c.send(n)`切换到`consumer`执行； 3. `consumer`通过`yield`拿到消息，处理，又通过`yield`把结果传回； 4. `produce`拿到`consumer`处理的结果，继续生产下一条消息； 5. `produce`决定不生产了，通过`c.close()`关闭`consumer`，整个过程结束。 整个流程无锁，由一个线程执行，`produce`和`consumer`协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。 最后套用Donald Knuth的一句话总结协程的特点： “子程序就是协程的一种特例。” ### 参考源码 [coroutine.py](https://github.com/michaelliao/learn-python3/blob/master/samples/async/coroutine.py)