協程

一、協程的理解

協程，又稱微線程，纖程。英文名Coroutine，是一種用戶態的輕量級線程。

注意：
　　1. python的線程屬於內核級別的，即由操做系統控制調度（如單線程一旦遇到io就被迫交出cpu執行權限，切換其餘線程運行）
　　2. 單線程內開啓協程，一旦遇到io，從應用程序級別（而非操做系統）控制切換
協程優勢：
　　1. 協程的切換開銷更小，屬於程序級別的切換，操做系統徹底感知不到，於是更加輕量級
　　2. 單線程內就能夠實現併發的效果，最大限度地利用cpu
協程缺點：
　　1.協程的本質是單線程下，沒法利用多核，能夠是一個程序開啓多個進程，每一個進程內開啓多個線程，每一個線程內開啓協程
　　2.協程指的是單個線程，於是一旦協程出現阻塞，將會阻塞整個線程

協程擁有本身的寄存器上下文和棧。協程調度切換時，將寄存器上下文和棧保存到其餘地方（線程調度時候寄存器上下文及棧等保存在內存中），在切回來的時候，恢復先前保存的寄存器上下文和棧。所以：協程能保留上一次調用時的狀態（即全部局部狀態的一個特定組合），每次過程重入時，就至關於進入上一次調用的狀態，換種說法：進入上一次離開時所處邏輯流的位置。

子程序，或者稱爲函數，在全部語言中都是層級調用，好比A調用B，B在執行過程當中又調用了C，C執行完畢返回，B執行完畢返回，最後是A執行完畢。

因此子程序調用是經過棧實現的，一個線程就是執行一個子程序。子程序調用老是一個入口，一次返回，調用順序是明確的。而協程的調用和子程序不一樣。

協程看上去也是子程序，但執行過程當中，在子程序內部可中斷，而後轉而執行別的子程序，在適當的時候再返回來接着執行。

注意，在一個子程序中中斷，去執行其餘子程序，不是函數調用，有點相似CPU的中斷。好比子程序A、B：

def A():
    print '1'
    print '2'
    print '3'
 
def B():
    print 'x'
    print 'y'
    print 'z'

假設由協程執行，在執行A的過程當中，能夠隨時中斷，去執行B，B也可能在執行過程當中中斷再去執行A，結果多是：

1
2
x
y
3
z

可是在A中是沒有調用B的，因此協程的調用比函數調用理解起來要難一些。

看起來A、B的執行有點像多線程，但協程的特色在因而一個線程執行。

二、yield的運用

從句法上看，協程與生成器相似，都是定義體中包含 yield 關鍵字的函數。但是，在協程中， yield 一般出如今表達式的右邊（例如， datum = yield），能夠產出值，也能夠不產出 —— 若是 yield 關鍵字後面沒有表達式，那麼生成器產出 None。

協程可能會從調用方接收數據，不過調用方把數據提供給協程使用的是 .send(datum) 方法，而不是next(…) 函數。

==yield 關鍵字甚至還能夠不接收或傳出數據。無論數據如何流動， yield 都是一種流程控制工具，使用它能夠實現協做式多任務：協程能夠把控制器讓步給中心調度程序，從而激活其餘的協程==。

import random
def create_generator_function(n):
    i = 0
    while i < n:
        b = yield i
        print("It's {0}".format(b))
        i = i + 1
obj = create_generator_function(5)
obj1 = obj.next()
x = 0
while x<5:
    try:
        obj1 = obj.send(random.random()) 
    except:
        pass
    x += 1

咱們先給協程一個標準定義，即符合什麼條件就能稱之爲協程：

1. 必須在只有一個單線程裏實現併發
2. 修改共享數據不需加鎖
3. 用戶程序裏本身保存多個控制流的上下文棧
4. 一個協程遇到IO操做自動切換到其它協程

基於上面這4點定義，咱們剛纔用yield實現的程並不能算是合格的線程，不知足最後一條。

 如何實現單線程下併發效果：遇到IO操做就切換，協程之因此能處理大併發，就是因爲擠掉了IO操做，使得CPU一直運行。

關鍵在於切換出來後，何時再切換回去？？須要程序自動監測IO操做，IO操做結束就切換回去。

以上咱們是經過yeild實現的協程的功能，yield能實現協程，不過實現過程不易於理解，greenlet是在這方面作了改進。

三、Greenlet

Greenlet是python的一個C擴展，來源於Stackless python，旨在提供可自行調度的‘微線程’， 即協程。generator實現的協程在yield value時只能將value返回給調用者(caller)。 而在greenlet中，target.switch（value）能夠切換到指定的協程（target）， 而後yield value。greenlet用switch來表示協程的切換，從一個協程切換到另外一個協程須要顯式指定。是一種手動切換

四、gevent

gevent是第三方庫，能夠輕鬆經過gevent實現併發同步或異步編程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C擴展模塊形式接入Python的輕量級協程。 Greenlet所有運行在主程序操做系統進程的內部，但它們被協做式地調度。其基本思想是：

當一個greenlet遇到IO操做時，好比訪問網絡，就自動切換到其餘的greenlet，等到IO操做完成，再在適當的時候切換回來繼續執行。因爲IO操做很是耗時，常常使程序處於等待狀態，有了gevent爲咱們自動切換協程，就保證總有greenlet在運行，而不是等待IO。

因爲切換是在IO操做時自動完成，因此gevent須要修改Python自帶的一些標準庫，這一過程在啓動時經過monkey patch完成。