摘要: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只有一个情况下实现并发。作为的补充可以检测操作,在遇到操作的情况下才发生切换协程介绍协程是单线程下的并发,又称微线程,纤程。
引子
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
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:
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
#串行执行 import time def consumer(res): """任务1:接收数据,处理数据""" pass def producer(): """任务2:生产数据""" res=[] for i in range(10000000): res.append(i) return res start=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) #1.874000072479248 #基于yield并发执行 import time def consumer(): """任务1:接收数据,处理数据""" while True: print("this is consumer") x=yield def producer(): """任务2:生产数据""" g=consumer() next(g) for i in range(10): print("this is prodecer") 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。
import time def 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() #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)
对于单线程下,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协程介绍
协程:是单线程下的并发,又称微线程,纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程: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。
需要强调的是:
1. 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) 2. 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
优点如下:
1. 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 2. 单线程内就可以实现并发的效果,最大限度地利用cpu
缺点如下:
1. 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 2. 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
总结协程特点:
1.必须在只有一个单线程里实现并发 2.修改共享数据不需加锁 3.用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈 4.一个协程遇到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))Gevent模块
安装:pip3 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
g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)创建一个协程对象g1,spawn括号内第一个参数是函数名, 如eat,后面可以有多个参数,可以是位置实参或关键字实参,都是传给函数eat的 g2=gevent.spawn(func2) g1.join() #等待g1结束 g2.join() #等待g2结束 #或者上述两步合作一步:gevent.joinall([g1,g2]) g1.value#拿到func1的返回值
例:遇到io主动切换
import gevent def 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,"egon") g2=gevent.spawn(play,"egon") g1.join() g2.join() #或者gevent.joinall([g1,g2]) 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
from gevent import monkey;monkey.patch_all() import gevent import time def 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")
我们可以用threading.current_thread().getName()来查看每个g1和g2,查看的结果为DummyThread-n,即假线程
from gevent import monkey;monkey.patch_all() import threading import gevent import time def 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
from gevent import spawn, joinall, monkey;monkey.patch_all() import time def task(pid): """ Some non-deterministic task """ time.sleep(0.5) print("Task %s done" % pid) def synchronous(): # 同步 for i in range(10): task(i) def asynchronous(): # 异步 g_l = [spawn(task, i) for i in range(10)] joinall(g_l) print("DONE") if __name__ == "__main__": print("Synchronous:") synchronous() print("Asynchronous:") asynchronous() # 上面程序的重要部分是将task函数封装到Greenlet内部线程的gevent.spawn。 # 初始化的greenlet列表存放在数组threads中,此数组被传给gevent.joinall 函数, # 后者阻塞当前流程,并执行所有给定的greenlet任务。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。协程socket
from gevent import monkey;monkey.patch_all() import socket import gevent def talk(conn): while True: conn.send(b"hello") print(conn.recv(1024)) sk = socket.socket() sk.bind(("127.0.0.1",9090)) sk.listen() while True: conn,addr = sk.accept() g = gevent.spawn(talk,conn)
文章版权归作者所有,未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为,您可以联系管理员删除。
转载请注明本文地址:https://www.ucloud.cn/yun/42185.html
摘要:所以与多线程相比,线程的数量越多,协程性能的优势越明显。值得一提的是,在此过程中,只有一个线程在执行,因此这与多线程的概念是不一样的。 真正有知识的人的成长过程,就像麦穗的成长过程:麦穗空的时候,麦子长得很快,麦穗骄傲地高高昂起,但是,麦穗成熟饱满时,它们开始谦虚,垂下麦芒。 ——蒙田《蒙田随笔全集》 上篇论述了关于python多线程是否是鸡肋的问题,得到了一些网友的认可,当然也有...
摘要:辅之以事件循环,协程可用于异步处理,尤其是在中。当前支持的协程基于增强型生成器,于版本开始采用。新的特性中,异步还有两种新用途异步内容管理器和迭代器。 现在 Python 已经支持用协程进行异步处理。但最近有建议称添加协程以全面完善 Python 的语言结构,而不是像现在这样把他们作为生成器的一个类型。此外,两个新的关键字———异步(async)和等待(await),都该添加到 Pyt...
摘要:进程线程和协程进程的定义进程,是计算机中已运行程序的实体。协程和线程的关系协程是在语言层面实现对线程的调度,避免了内核级别的上下文消耗。和都引入了消息调度系统模型,来避免锁的影响和进程线程开销大的问题。 进程、线程和协程 进程的定义: 进程,是计算机中已运行程序的实体。程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述,进程才是程序的真正运行实例。 线程的定义: 操作系统能够进行运算调度的最小单...
摘要:创建第一个协程推荐使用语法来声明协程,来编写异步应用程序。协程两个紧密相关的概念是协程函数通过定义的函数协程对象调用协程函数返回的对象。它是一个低层级的可等待对象,表示一个异步操作的最终结果。 我们讲以Python 3.7 上的asyncio为例讲解如何使用Python的异步IO。 showImg(https://segmentfault.com/img/remote/14600000...
摘要:协程,又称微线程,纤程。最大的优势就是协程极高的执行效率。生产者产出第条数据返回更新值更新消费者正在调用第条数据查看当前进行的线程函数中有,返回值为生成器库实现协程通过提供了对协程的基本支持,但是不完全。 协程,又称微线程,纤程。英文名Coroutine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。 最大的优势就是协程极高...
摘要:事件循环是异步编程的底层基石。对事件集合进行轮询,调用回调函数等一轮事件循环结束,循环往复。协程直接利用代码的执行位置来表示状态,而回调则是维护了一堆数据结构来处理状态。时代的协程技术主要是,另一个比较小众。 Coding Crush Python开发工程师 主要负责岂安科技业务风险情报系统redq。 引言 1.1. 存储器山 存储器山是 Randal Bryant 在《深入...
阅读 1298·2021-11-11 16:54
阅读 2356·2021-09-22 10:51
阅读 2626·2019-08-30 15:44
阅读 3185·2019-08-29 17:05
阅读 1406·2019-08-29 17:01
阅读 2823·2019-08-29 12:28
阅读 2440·2019-08-26 13:50
阅读 1698·2019-08-23 16:47