协程、 事件驱动介绍
<table style="height: 44px; background-color: #afeeee; width: 1265px;" border="0"> |
协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此:
协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态,换种说法:进入上一次离开时所处逻辑流的位置。线程和进程的操作是由程序触发系统接口,最后的执行者是系统;协程的操作执行者则是用户自身程序。
简单定义:
- 寄存在线程中,单线程下可以实现多并发效果
- 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
- 一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程
协程的优点:
- 无需线程上下文切换的开销
- 无需原子操作锁定及同步的开销:"原子操作(atomic operation)是不需要synchronized",所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch (切换到另一个线程)。原子操作可以是一个步骤,也可以是多个操作步骤,但是其顺序是不可以被打乱,或者切割掉只执行部分。视作整体是原子性的核心。
- 方便切换控制流,简化编程模型
- 高并发+高扩展性+低成本:一个CPU支持上万的协程都不是问题。所以很适合用于高并发处理。
缺点:
- 无法利用多核资源:协程的本质是个单线程,它不能同时将 单个CPU 的多个核用上,协程需要和进程配合才能运行在多CPU上.当然我们日常所编写的绝大部分应用都没有这个必要,除非是cpu密集型应用。
- 进行阻塞(Blocking)操作(如IO时)会阻塞掉整个程序
协程的适用场景:当程序中存在大量不需要CPU的操作时(也就是平时所说的IO密集型程序),适用于协程;
协程简单实现:yield
demo:
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">%s开始吃桃子。。。。<span style="color: #800000;">"%<span style="color: #000000;">name)
r=<span style="color: #800000;">" <span style="color: #800000;">"
<span style="color: #0000ff;">while<span style="color: #000000;"> True:
new_food=<span style="color: #0000ff;">yield r <span style="color: #008000;">#<span style="color: #008000;">通过yeild向生产者发送消息
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">[%s]开始吃桃子[%s]<span style="color: #800000;">"%<span style="color: #000000;">(name,new_food))
r=<span style="color: #000000;">name
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> product():
con.</span><span style="color: #800080;">__next__</span>() <span style="color: #008000;">#</span><span style="color: #008000;">先执行__next__方法启动生成器</span>
con1.<span style="color: #800080;">__next__</span><span style="color: #000000;">()
n</span>=<span style="color: #000000;">0
</span><span style="color: #0000ff;">while</span> n<5<span style="color: #000000;">:
</span><span style="color: #0000ff;">print</span>(<span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">桃子熟了,可以吃了</span><span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #000000;">)
r1</span>=con.send(n) <span style="color: #008000;">#</span><span style="color: #008000;">向生成器(consumer)发送消息并激活生成器</span>
r2=<span style="color: #000000;">con1.send(n)
</span><span style="color: #0000ff;">print</span>(<span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">[product] return %s ok</span><span style="color: #800000;">"</span> %<span style="color: #000000;">r1)
</span><span style="color: #0000ff;">print</span>(<span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">[product] return %s ok</span><span style="color: #800000;">"</span> %<span style="color: #000000;"> r2)
n</span>+=1<span style="color: #000000;">
time.sleep(</span>1<span style="color: #000000;">)
con.close()
con1.close()
<span style="color: #0000ff;">if <span style="color: #800080;">name == <span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">main<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">:
con=consumer(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">wd<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
con1=consumer(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">jack<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
p=product()
执行结果:
上述程序运行过程:
1.con=cusumer("wd"),使customer变成生成器(generator),con1=cusumer("jack")同理
2.p=product(),执行product函数,执行con.__next__()启动生成器,切回consumer函数运行
3.consumer函数执行到new__food=yeild r,此时遇到yeild停止并保存当前运行状态,继续切到product()函数原来状态执行,并通过yield把r的值返回给pruduct。
4.运行到r1=con.send(n),product通过send向cusumer发送消息,并通过r1接受来自于customer的消息返回,程序切到customer运行,此时cusumer又开始步骤3
5.最后product没有生产消息了,也就是停止了,通过con.close()关闭consumer,整个过程结束。
上述过程可以看到,整个切换过程在一个线程中进行,并且全程无锁,完全依赖product和cusumer协作完成。
greenlet?
greenlet是一个用C实现的协程模块,相比与python自带的yield,它可以使你在任意函数之间随意切换,而不需把这个函数先声明为generator,但是greenlet还是未实现遇IO自动切换,而是使用switch()方法实现的切换。
demo:
</span><span style="color: #0000ff;">print</span>(<span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">运行 函数 A</span><span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #000000;">)
time.sleep(</span>1<span style="color: #000000;">)
</span><span style="color: #0000ff;">print</span>(<span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">结束运行函数A</span><span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #000000;">)
gr3.switch()
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> fun2():<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">运行 函数 B<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
gr1.switch()
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> fun3():
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">运行 函数 C<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
gr2.switch()
<span style="color: #0000ff;">if <span style="color: #800080;">name == <span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">main<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">:
gr1=<span style="color: #000000;">greenlet(fun1)
gr2=<span style="color: #000000;">greenlet(fun2)
gr3=<span style="color: #000000;">greenlet(fun3)
gr1.switch()<span style="color: #008000;">#启动,相当于generator中一开始执行next方法,如果没有这段代码,程序不会运行
运行结果:
运行 函数 A
结束运行函数A
运行 函数 C
运行 函数 B
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。
其内部原理大致如下:
当一个greenlet遇到IO操作时,比如访问网络,就自动切换到其他的greenlet,等到IO操作完成,再在适当的时候切换回来继续执行。由于IO操作非常耗时,经常使程序处于等待状态,有了gevent为我们自动切换协程,就保证总有greenlet在运行,而不是等待IO。我们通过gevent.sleep()来模拟IO操作。
demo:
<span style="color: #008000;">#<span style="color: #008000;">time.sleep(1)如果使用time.sleep,并不会发生切换
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">run fun1....<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
gevent.sleep(n)
</span><span style="color: #0000ff;">print</span>(<span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">end fun1 ....</span><span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #000000;">)
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> fun2(n):
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">run fun2....<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
gevent.sleep(n)
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">end fun2 ....<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> fun3(n):
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">run fun3....<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
gevent.sleep(n)
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">end fun3 ....<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
<span style="color: #0000ff;">if <span style="color: #800080;">name == <span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">main<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">:
g1 = gevent.spawn(fun1,1<span style="color: #000000;">)
g2 = gevent.spawn(fun2,1<span style="color: #000000;">)
g3 = gevent.spawn(fun3,2<span style="color: #000000;">)
g1.join()<span style="color: #008000;">#<span style="color: #008000;">启动
<span style="color: #000000;"> g2.join()
g3.join()
运行结果:
run fun1....
run fun2....
run fun3....
end fun1 ....
end fun2 ....
end fun3 ....
如果看不出来效果,请看下面代码:
<span style="color: #800000;">"""<span style="color: #800000;">
Some non-deterministic task
<span style="color: #800000;">"""<span style="color: #000000;">
gevent.sleep(0.5)<span style="color: #008000;">#<span style="color: #008000;">模拟遇到IO切换到其他线程
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">Task %s done<span style="color: #800000;">' %<span style="color: #000000;"> pid)
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> synchronous():
<span style="color: #0000ff;">for i <span style="color: #0000ff;">in range(1,10<span style="color: #000000;">):
task(i)
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> asynchronous():
threads = [gevent.spawn(task,i) <span style="color: #0000ff;">for i <span style="color: #0000ff;">in range(10<span style="color: #000000;">)]
gevent.joinall(threads)
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">Synchronous:<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">)
synchronous()
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">Asynchronous:<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">)
asynchronous()
上面的demo并不能让gevent识别IO操作,由于切换是在IO操作时自动完成,所以gevent需要修改Python自带的一些标准库,这一过程在启动时通过monkey patch完成:
遇IO自动切换demo:
<span style="color: #0000ff;">def
<span style="color: #000000;"> f(url):<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">GET: %s<span style="color: #800000;">' %<span style="color: #000000;"> url)
resp = urlopen(url)<span style="color: #008000;">#<span style="color: #008000;">IO操作
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">===========<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">)
data = resp.read()<span style="color: #008000;">#<span style="color: #008000;">IO操作
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">%d bytes received from %s.<span style="color: #800000;">' %<span style="color: #000000;"> (len(data),url))
gevent.joinall([
gevent.spawn(f,<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">http://www.cnblogs.com/<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">),gevent.spawn(f,<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">https://www.taobao.com/<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">),<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">https://www.baidu.com/<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">),])
结果:
GET: http://www.cnblogs.com/<span style="color: #000000;">
GET: https://www.taobao.com/<span style="color: #000000;">
GET: https://www.baidu.com/
227 bytes received <span style="color: #0000ff;">from https://www.baidu.com/<span style="color: #000000;">.
========
122189 bytes received <span style="color: #0000ff;">from https://www.taobao.com/<span style="color: #000000;">.
45427 bytes received <span style="color: #0000ff;">from http://www.cnblogs.com/.
?通过gevent实现socket多并发
monkey.patch_all() <span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> server(port):
s =<span style="color: #000000;"> socket.socket()
s.bind((<span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">0.0.0.0<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">,port))
s.listen(500<span style="color: #000000;">)
<span style="color: #0000ff;">while<span style="color: #000000;"> True:
cli,addr =<span style="color: #000000;"> s.accept()
gevent.spawn(handle_request,cli)
<span style="color: #0000ff;">def<span style="color: #000000;"> handle_request(conn):
<span style="color: #0000ff;">try<span style="color: #000000;">:
<span style="color: #0000ff;">while<span style="color: #000000;"> True:
data = conn.recv(1024<span style="color: #000000;">)
<span style="color: #0000ff;">print(<span style="color: #800000;">"<span style="color: #800000;">recv:<span style="color: #800000;">"<span style="color: #000000;">,data)
conn.send(data)
<span style="color: #0000ff;">if <span style="color: #0000ff;">not<span style="color: #000000;"> data:
conn.shutdown(socket.SHUT_WR)
</span><span style="color: #0000ff;">except</span><span style="color: #000000;"> Exception as ex:
</span><span style="color: #0000ff;">print</span><span style="color: #000000;">(ex)
</span><span style="color: #0000ff;">finally</span><span style="color: #000000;">:
conn.close()
<span style="color: #0000ff;">if <span style="color: #800080;">name == <span style="color: #800000;">'<span style="color: #800000;">main<span style="color: #800000;">'<span style="color: #000000;">:
server(8001)
<table style="height: 30px; background-color: #afeeee; width: 1266px; ; width: 1266px;" border="0">
<tr><td><span style="font-size: 16px;">二、事件驱动介绍</td>
</tr></table>
<div class="para">通常,我们写服务器处理模型的程序时,有以下几种模型:
<div class="para">(1)每收到一个请求,创建一个新的进程,来处理该请求;
<div class="para">(2)每收到一个请求,创建一个新的线程,来处理该请求;