【Python】迭代器、生成器、yield单线程异步并发实现详解

转自http://blog.itpub.net/29018063/viewspace-2079767  

大家在学习python开发时可能经常对迭代器、生成器、yield关键字用法有所疑惑，在这篇文章将从理论+程序调试验证的方式详细讲解这部分知识，话不多说，直接进入主题。

一、迭代器（Iterater）：
     首先介绍迭代器，迭代器是访问集合元素的一种方式，迭代器对象从集合的第一个元素开始访问，直到所有的元素被访问完结束。是不是觉得跟for循环很像？但是迭代器有几个特性需记住：
    1、访问者不需要关心迭代器内部结构，只需不断执行next()方法获取下一个内容；
    2、不能随机访问集合中的某个值，只能从头到尾顺序的读取；
    3、访问到一半时不能回退，不能访问之前的值；
    4、适合遍历很大的数据集合，节省内存，提升速度。

    根据以上几个特性应该对迭代器有所了解了吧，我这里再举一个例子便于加深理解，大家都玩过linux，在linux中有两个命令，vi和cat，作用都是显示出文件的内容，而当一个文件很大（比如1G）时，使用vi命令打开文件则明显变慢，都有体会吧，会卡很久；而使用cat命令则没有这个问题，无论多大的文件，执行cat命令时都会马上从文件第一行数据开始打印；其实原因也很简单，使用vi时需要将整个文件加载到内存中再显示出来，而使用cat时则从文件第一行记录开始逐行的读取到内存中显示，而已读取过的内容则直接释放掉，这样每次读取到内存中只有一行记录响应速度当然快了。
    其实这里的cat正是运用了迭代器的思想，迭代器每次顺序取集合中的一个值到内存，用完即作废，再取下一个值，对应特性1，对于很大的文件遍历则速度很快，对应特性4；则缺点也是明显的，迭代器不能取集合中间某个值，对应特性2；前一个值读取完即回收内存，所以无法重复读取，对应特性3；讲到这里大家应该已经能充分理解迭代器的原理了，下面进行代码演示：
    1、创建一个迭代器：
    a = iter(["wang","xuqian","xiaozhuzi"])    # 已创建一个迭代器对象，设置好需要迭代的值
    2、遍历迭代器数据：
    print(a.__next__()) 
    print(a.__next__()) 
    print(a.__next__())    # 有三个值，于是执行三次next()方法
    3、结果：
    wang
    xuqian
    xiaozhuzi
    就是这么简单，由于迭代器的特性，我们只能顺序依次进行取值，不能像list那样可以取集合中的任意值，在这里三个值都取出后如果再执行a.__next__()，则会报错：“已停止迭代”
    Traceback (most recent call last):
    print(a.__next__())
    StopIteration

二、生成器(Generator)和yield关键字：
    生成器定义：当一个函数被调用时，返回一个迭代器，那么这个函数就叫做生成器，如果函数中包括yield语法，则这个函数就是一个生成器
    yield：效果就是使函数中断，并保存中断的状态，中断后，代码可以继续往下执行，过一段时间还可以重新调用这个函数，并且可以从上次yield的下面的一句代码开始执行；yield可以返回值，也可以接收send来的参数。
    生成器和yield的解释比较抽象难以理解，别急，下面通过调试代码的方式展示他们的用法，以及yield的魅力！~
    def cash(account):                # 先定义一个函数，接收一个参数
        while account > 0:            # 当参数>0时
        account -= 100                 #减去100
        yield 100                     #中断函数吗，返回100
        print("又来取钱啦！")        #打印
    根据生成器的定义，此时cash函数即为一个生成器，作为一个生成器，当被调用后产生的生成器对象肯定是支持迭代器接口，也就是生成器返回一个迭代器，下面我们进行验证：
    a = cash(500)        # 调用生成器，生成迭代器
    print(a.__next__())    # 运用迭代器的next()方法打印第一个迭代值
     执行结果为：100
    以上验证了调用生成器cash后的确生成了一个迭代器，关于迭代器应该没有什么疑问了，可以持续next()取值直到 account == 0；而大家现在一定有个疑问，这里面的yield关键字的作用是什么？为什么打印结果没有print("又来取钱啦！")？那么下面我跑一遍程序，通过结果来分析代码执行顺序：
    def cash(account):
         while account > 0:
         account -= 100 
         yield 100 
         print("从我开始往下执行！") print("代码已经执行完啦")

    a = cash(500) 

    print("第0次执行我") 

    print(a.__next__()) 

    print("第一次执行我") 

    print(a.__next__())

运行结果为：     
    第0次执行我
    100
    第一次执行我
    从我开始往下执行！
    代码已经执行完啦！
    100
    
    从运行结果可以推断出，当程序进行到a = cash(500) 时，函数并没有进行调用而是继续往下走打印“第0次执行我”，为什么？其实正是因为在函数定义的时候，检测到函数中写了yield关键字，此时这个函数就变成了一个生成器，于是函数暂停运行；当执行到第一个print(a.__next__()) 时，才开始真正的调用函数了，函数执行到yield 100 时，根据yield的特性，函数中断返回100并打印，程序继续向下执行打印“第一次执行我”；当执行到第二个print(a.__next__()) 时，继续调用函数，根据yield的特性，会接着上一次中断的位置继续执行函数，于是打印“从我开始往下执行！”“代码已经执行完啦”，而根据函数中的while循环，会再次执行循环代码，直到 yield 100，函数再次中断返回100并打印。到此，程序执行完毕！

三、yield单线程异步并发实现
    根据以上程序演示，大家应该对yield和生成器的特性理解更加深刻了吧，yield打破了常规的代码执行顺序，甚至能跳出循环，而且下一次调用函数（生成器）时还可以接着上次的代码向下执行，是不是很牛X？那么，yield的特性到底有什么用呢？
    举个例子，我去银行取钱，加入取款额度较大，100万~，银行则需要审核、调配资金等手续，假如需要1天的时间，那么这一天我都要等在那里，这显然是不合理的吧。最好的办法是我继续做别的事情，等银行审批结束后再通知我去取钱。对于我们写的代码也是一样，由于我们是单线程串行执行代码，当调用一个函数时，如果这个函数迟迟不返回结果怎么办？按照之前的思路，那么程序只能卡死在那里一直等待，就和去取钱等银行审批一个道理；而yield的特性，打破了这一约束，使得我们在单线程编程的过程中，依然可以实现异步并发！下面再看一段代码：
    import time
     def consumer(name):
         print("%s 准备吃烧烤啦！" %name) 
         while True:
             shaokao = yield 
           print("烧烤%s被%s吃了！" %(shaokao,name)) 

    def producter(name):
        c = consumer("A")
        c1 = consumer("B")
        c.__next__()
        c1.__next__()
        print("开始生火烤串啦！")
        for i in range(3):
            time.sleep(1) 
            print("烤了两串羊肉")
            c.send(i)
            c1.send(i)

producter("jiaqi")

根据前面讲的知识，应该可以得出执行结果：
    A 准备吃烧烤啦！
    B 准备吃烧烤啦！
    开始生火烤串啦！
    烤了两串羊肉
    烧烤0被A吃了！
    烧烤0被B吃了！
    烤了两串羊肉
    烧烤1被A吃了！
    烧烤1被B吃了！
    烤了两串羊肉
    烧烤2被A吃了！
    烧烤2被B吃了！
    
    这里就实现了异步并发控制，一个函数和生成器之间调用，通过yield实现；这里面还有个知识点，c.send(i)，前面讲过yield不仅能返回值，而且还能接收值，在这里send()大家可以理解为与next()一样，都是触发调用生成器中的代码，但next()可以理解为传一个空值给yield，send()则可传一个实际的值给yield。以上代码中将i值传给了生成器consumer中的Yield