实现协程的方式及协程的意义 【笔记】

协程

协程不是计算机提供的，是程序员认为创造
协程也被称为微线程，是一种用户态的上下文切换技术，简而言之，就是通过一个线程实现代码互相切换执行
实现协程的几种方法:
1)greenlet,早期模块
2)yield关键字
3)asyncio装饰器 （python3.4以后引入的）
4)async,await关键字 (python3.5) 推荐

1.greenlet实现协程

greentlet是一个第三方模块，需要提前安装 pip3 install greenlet才能使用。

from greenlet import greenlet
def func1():
    print(1)        # 第1步：输出 1
    gr2.switch()    # 第3步：切换到 func2 函数
    print(2)        # 第6步：输出 2
    gr2.switch()    # 第7步：切换到 func2 函数，从上一次执行的位置继续向后执行
def func2():
    print(3)        # 第4步：输出 3
    gr1.switch()    # 第5步：切换到 func1 函数，从上一次执行的位置继续向后执行
    print(4)        # 第8步：输出 4
gr1 = greenlet(func1)
gr2 = greenlet(func2)

gr1.switch() # 第1步：去执行 func1 函数

输出的结果:
1
3
2
4

注意：switch中也可以传递参数用于在切换执行时相互传递值。

2.yield

基于Python的生成器的yield和yield form关键字实现协程代码。

def func1():
    yield 1   #第一步执行这里会生成1
    yield from func2() #这里会跳到func2，然后执行里面的代码，执行完func2函数后会继续以跳转之前的状态继续执行以下代码
    yield 2
def func2():
    yield 3
    yield 4
    
# 这里是一个生成器对象
f1 = func1()
# 遍历执行生成器
for item in f1:
    print(item)

执行结果
1
3
4
2

注：用这种方法比较牵强，真正开发环境中基本不会用这种方法实现协程(yield form关键字是在Python3.3中引入的。)

3.asyncio

在Python3.4之前官方未提供协程的类库，一般大家都是使用greenlet等其他来实现。在Python3.4发布后官方正式支持协程，即：asyncio模块。

import asyncio
#这就是一个用协程实现的函数
@asyncio.coroutine
def func1():
    print(1)
    yield from asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗时操作，自动化切换到tasks中的其他任务
    print(2)


loop = asyncio.get_event_loop()
#执行
loop.run_until_complete(func1())

同时执行多个协程

import asyncio
@asyncio.coroutine
def func1():
    print(1)
    yield from asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗时操作，自动化切换到tasks中的其他任务
    print(2)
@asyncio.coroutine
def func2():
    print(3)
    yield from asyncio.sleep(2) # 遇到IO耗时操作，自动化切换到tasks中的其他任务
    print(4)
tasks = [
    asyncio.ensure_future( func1() ),
    asyncio.ensure_future( func2() )
]
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

结果
1
3
2
4

注意：基于asyncio模块实现的协程比之前的要更厉害，因为他的内部还集成了遇到IO耗时操作自动切花的功能。

4.async & awit

async & awit 关键字在Python3.5版本中正式引入，基于他编写的协程代码其实就是 上一示例 的加强版，让代码可以更加简便。
Python3.8之后 @asyncio.coroutine 装饰器就会被移除，推荐使用async & awit 关键字实现协程代码。

import asyncio
async def func1():
    print(1)
    await asyncio.sleep(2)
    print(2)
async def func2():
    print(3)
    await asyncio.sleep(2)
    print(4)
tasks = [
    asyncio.ensure_future(func1()),
    asyncio.ensure_future(func2())
]
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

常用的是：greenlet,async&awit

4.协程的意义

在一个线程中遇到IO耗时，线程不会等待，利用空余的时间去执行其他的方法

4.1爬虫案例
例如：用代码实现下载 url_list 中的图片。

• 方式一：同步编程实现

import requests
def download_image(url):
    print("开始下载:",url)
    # 发送网络请求，下载图片
    response = requests.get(url)
    print("下载完成")
    # 图片保存到本地文件
    file_name = url.rsplit('_')[-1]
    with open(file_name, mode='wb') as file_object:
        file_object.write(response.content)
if __name__ == '__main__':
    url_list = [
        'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
        'https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg',
        'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg'
    ]
    for item in url_list:
        download_image(item)

结果
开始下载: https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg
下载完成
开始下载: https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg
下载完成
开始下载: https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg
下载完成

方式二：基于协程的异步编程实现

import aiohttp
import asyncio
async def fetch(session, url):
    print("发送请求：", url)
    async with session.get(url, verify_ssl=False) as response:
        content = await response.content.read()
        file_name = url.rsplit('_')[-1]
        with open(file_name, mode='wb') as file_object:
            file_object.write(content)
async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        url_list = [
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
            'https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg',
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg'
        ]
        tasks = [asyncio.create_task(fetch(session, url)) for url in url_list]
        await asyncio.wait(tasks)
if __name__ == '__main__':
    asyncio.run(main())

结果
发送请求： https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg
发送请求： https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg
发送请求： https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg
下载完成 https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg
下载完成 https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg
下载完成 https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg

上述两种的执行对比之后会发现，基于协程的异步编程 要比 同步编程的效率高了很多。因为：

• 同步编程，按照顺序逐一排队执行，如果图片下载时间为2分钟，那么全部执行完则需要6分钟。
• 异步编程，几乎同时发出了3个下载任务的请求（遇到IO请求自动切换去发送其他任务请求），如果图片下载时间为2分钟，那么全部执行完毕也大概需要2分钟左右就可以了。

小结
协程一般应用在有IO操作的程序中，因为协程可以利用IO等待的时间去执行一些其他的代码，从而提升代码执行效率。