python基础-协程gevent用法、协程同步异步、协程socket并发例子

协程引入

本节的主题是基于单线程来实现并发，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，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

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

协程概念

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。

需要注意的是：
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）
3、 必须在只有一个单线程里实现并发
4、修改共享数据不需加锁
5、用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
6、附加：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用法

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

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

gevent例子1

我们来看一个例子如下：

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import time

def task1(name):
    print('%s is run 1' %name)
    time.sleep(3)
    print('%s is run 2' %name)

def task2(name):
    print('%s is run 1' %name)
    time.sleep(2)
    print('%s is run 2' %name)


g1=gevent.spawn(task1,'alex')
g2=gevent.spawn(task2,'egon')

print('main')

运行代码我们看到task1、task2没有输出：

E:\python\python_sdk\python.exe "E:/python/py_pro/1206/1 gevent模块.py"
main

Process finished with exit code 0

原因是：gevent是异步提交，主线程执行完毕，就退出了，需要添加join才能实现io阻塞，实现任务切换

gevent例子2

我们继续修改上面的例子：

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import time

def task1(name):
    print('%s is run 1' %name)
    time.sleep(3)
    print('%s is run 2' %name)

def task2(name):
    print('%s is run 1' %name)
    time.sleep(2)
    print('%s is run 2' %name)


g1=gevent.spawn(task1,'alex')
g2=gevent.spawn(task2,'egon')
time.sleep(2.5)
print('main')

输出如下：

alex is run 1
egon is run 1
egon is run 2
main

上例我们可以看出，通过time.sleep(2.5)方式，也可以实现切换

gevent例子3

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
import gevent
import time

def task1(name):
    print('%s is run 1' %name)
    time.sleep(3)
    print('%s is run 2' %name)

def task2(name):
    print('%s is run 1' %name)
    time.sleep(2)
    print('%s is run 2' %name)


g1=gevent.spawn(task1,'alex')
g2=gevent.spawn(task2,'egon')
g2.join()
print('main')

输出如下：

alex is run 1
egon is run 1
egon is run 2
main

gevent例子4

接下来我们看一个完整的例子：

from gevent import monkey;monkey.patch_all()

import gevent
import time
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,name='egon')
g1.join()
g2.join()
#或者gevent.joinall([g1,g2])
print('主')

输出如下：

egon eat 1
egon play 1

egon play 2

egon eat 2
主

上面代码 的意思是：
开启g1,g2,并且等待其结束，eat函数执行 print(‘%s eat 1’ %name)，play函数执行 print(‘%s play 1’ %name)，然后eat,play函数进行sleep,这时候就在两个函数之间来回切换，直至到函数任务执行完毕

同步异步

from gevent import spawn,joinall,monkey;monkey.patch_all()

import time
def task(pid):
    """
    Some non-deterministic task
    """
    time.sleep(2)
    print('Task %s done' % pid)


def synchronous():
    for i in range(3):
        task(i)

def asynchronous():
    g_l=[spawn(task,i) for i in range(3)]
    joinall(g_l)

if __name__ == '__main__':
    print('Synchronous:')
    synchronous()

    print('Asynchronous:')
    asynchronous()

输出如下：

Synchronous:

Task 0 done

Task 1 done

Task 2 done
Asynchronous:

Task 0 done
Task 2 done
Task 1 done

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。执行流程只会在 所有greenlet执行完后才会继续向下走。

协程下的socket并发

服务端：

from gevent import monkey;monkey.patch_all()
from socket import *
import gevent

def server(server_ip,port):
    s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
    s.bind((server_ip,port))
    s.listen(5)
    while True:
        conn,addr=s.accept()
        gevent.spawn(talk,conn,addr)

def talk(conn,addr):
    try:
        while True:
            res=conn.recv(1024)
            print('client %s:%s msg: %s' %(addr[0],addr[1],res))
            conn.send(res.upper())
    except Exception as e:
        print(e)
    finally:
        conn.close()

if __name__ == '__main__':
    server('127.0.0.1',8080)

客户端：

from socket import *

client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1',8080))


while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue

    client.send(msg.encode('utf-8'))
    msg=client.recv(1024)
    print(msg.decode('utf-8'))

简单说下上面例子流程：

在服务端s.accept存在io,conn.recv(1024)存在io,
服务端开启协程talk
当服务端启动在没有客户端请求时，
服务端协程会监测recv是否有io,当没有链接请求时候，
会在recv和accept之间切换

下面是多线程并发多个客户端
客户端：

from threading import Thread
from socket import *
import threading

def client(server_ip,port):
    c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #套接字对象一定要加到函数内，即局部名称空间内，放在函数外则被所有线程共享，则大家公用一个套接字对象，那么客户端端口永远一样了
    c.connect((server_ip,port))

    count=0
    while True:
        c.send(('%s say hello %s' %(threading.current_thread().getName(),count)).encode('utf-8'))
        msg=c.recv(1024)
        print(msg.decode('utf-8'))
        count+=1
if __name__ == '__main__':
    for i in range(5):
        t=Thread(target=client,args=('127.0.0.1',8080))
        t.start()