《python並發之協程》
一：
  單線程下實現並發，即只在一個主線程，並且cpu只有一個的情況下實現並發。（並發的本質：切換+保存狀態）
  cpu正在運行一個任務，會在兩種情況下切去執行其他的任務（切換由操作系統強制控制），一種情況是該任務發生了阻塞，第二種情況是該任務計算時間過長。

主線程的三種狀態：
其中第二種情況並不能提升效率，只是為了讓cpu能夠雨露均沾，實現看起來大家都被執行的效果，如果多個程序都是純計算任務，這種切換反而會降低效率。
為此我們基於yield驗證。yield本身就是一種在單線程下可以保存任務運行狀態的方法。
yiled：
    1：可以保存狀態，yiled的狀態保存與操作系統的保存線程的狀態很像，但是yiled是代碼級別控制的，更輕量級。
    2：send可以把一個函數的結果傳給另外一個函數，以此實現單線程內程序之間的切換。

#串行執行
import time
def consumer(res):
    print(‘任務1：接收數據，處理數據‘)
def producer():
    print(‘任務2：產生數據‘)
    res = []
    for i in range(10000000):
        res.append(i)
    return res
start = time.time()
#串行執行
res= producer()
consumer(res)
stop = time.time()
print(stop-start)
#基於yield並發執行
# import time
# def consumer():
#     # print(‘任務1：接收數據，處理數據‘)
#     while True:
#         x = yield
# def producer():
#     # print(‘任務2：生產數據‘)
#     g = consumer()
#     next(g)
#     for i in range(10000000):#2.691828966140747
#         g.send(i)
# start = time.time()
#基於yiled保存狀態，實現兩個任務直接來回切換，即並發的效果
#ps：如果每個任務中都加上打印，那麽明顯地看到兩個任務是你一次我一次，即並發執行
# producer()
# stop = time.time()
# print(stop-start)

而在單線程下，我們不可避免程序中出現io操作，但如果我們能在自己的程序中（即用戶程序級別，而非操作系統級別）控制單線程下多個任務能遇到io就切換，這樣保證了該線程能夠最大限度地處於就緒態，即隨時都可以被cpu執行的狀態，相當於我們在用戶程序級別將io操作最大限度地隱藏起來，該線程好像是一直處於計算過程，io比較少。

協成的本質就是在單線程下，由用戶自己控制一個任務遇到io阻塞了就切換另外一個任務去執行，以此來提升效率。

1：可以控制多個任務之間的切換，切換之前將任務的狀態保存下來（重新運行時，可以基於暫停的位置繼續）

2：作為1的補充：可以檢測io操作，在遇到io操作的情況下發生切換。

二：協稱介紹（Coroutine）

協程：是單線程下的並發，又稱微線程，纖程。

協程是一種用戶態的輕量級線程（是由用戶程序自己控制調度的）

強調：

1：python的線程屬於內核級別的，即由操作系統控制調度（單線程遇到io或執行時間過長就會被迫交出cpu執行權限，切換其他線程運行）

2：單線程內開啟協程，一旦遇到io，就會應用程序級別（而非操作系統）控制切換，以此提升效率（非io操作的切換方式與效率無關）

對比操作系統控制線程的切換，用戶在單線程內控制協程的切換

優點：

1：協程的切換開銷更小，屬於程序級別的切換，操作系統完全感知不到，因而更輕量級。

2：單線程內就可以實現並發的效果，最大限度地利用cpu

缺點：

1：協程的本質就是單線程下，無法利用多核，可以是一個程序開啟多個進程，每個進程內開啟多個線程，每個線程內開啟協程。

2：協程指的是單個線程，因而一旦協程出現阻塞，將會阻塞整個協程。

協程的特點：

1：必須在只有一個單線程裏實現並發。

2：修改共享數據不需要加鎖

3：用戶程序裏自己保存多個控制流的上下文棧。

4：一個協程遇到io操作自動切換到其他協程（如何實現檢測io，yiled，greenlet都無法實現，就用到了geven模塊（select機制））

三：Greenlet

如果我們在單個線程內有20個任務，每個任務的代碼分兩部分：前半部分是純計算，後半部分是純io。

要想實現在多個任務之間切換，yield生成器的方式，需要先得到初始化一次的生成器，然後再調用send。。。非常麻煩，使用greenlet模塊可以非常簡單地實現這20個任務直接的切換

rom greenlet import greenlet
import time
def eat(name):
    print(‘%s eat 1‘%name)
    time.sleep(3)
    g2.switch(‘悟空‘)
    print(‘%s eat 2‘%name)
    g2.switch()
def play(name):
    print(‘%s play 1‘%name)
    g1.switch()
    print(‘%s play 2‘%name)
g1 = greenlet(eat)
g2 = greenlet(play)
g1.switch(‘悟空‘)#可以在第一次swith時傳入參數，以後都不需要
--------------------------結果----------------------------------------

悟空 eat 1
悟空 play 1
悟空 eat 2
悟空 play 2

單純的切換（在沒有io的情況下或者沒有開辟內存空間的操作），反而會降低程序的執行速度

import time
def f1():
    res = 1
    for i in range(100000000):
        res+=1
def f2():
    res = 1
    for i in range(100000000):
        res*=i
start = time.time()
f1()
f2()
stop = time.time()
print(‘run time is %s‘%(stop-start))#run time is 23.827917337417603
# from greenlet import greenlet
# import time
# def f1():
#     res = 1
#     for i in range(100000000):
#         res+=i
#         g2.switch()
# def f2():
#     res = 1
#     for i in range(100000000):
#         res*=i
#         g1.switch()
# start = time.time()
# g1 = greenlet(f1)
# g2 = greenlet(f2)
# g1.switch()
# stop = time.time()
# print(‘run time is %s‘%(stop-start))#158.59044671058655

greenlet只是提供了一種比generator更加便捷的切換方式，當切到一個任務執行時遇到阻塞io，那就原地阻塞，仍然是沒有解決遇到io自動切換來提升效率的問題。

四：Gevent

Gevent是一個第三方庫，可以輕松通過gevent實現並發同步或異步編程，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全部運行在主程序操作系統進程的內部，但他們被稱作協作式的調度）

用法：

       g1=gevent.spawn(func,1,,2,3,x=4,y=5)創建一個協程對象g1，spawn括號內第一個參數是函數名，如eat，後面可以有多個參數，可以是位置實參或關鍵字實參，都是傳給函數eat的

       g2=gevent.spawn(func2)

       g1.join() #等待g1結束

       g2.join() #等待g2結束

       #或者上述兩步合作一步：gevent.joinall([g1,g2])

       g1.value#拿到func1的返回值
遇到IO阻塞時會自動切換任務：

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(3)
    print(‘%s play 2‘%name)
g1 = gevent.spawn(eat,‘悟空‘)
g2= gevent.spawn(play,name=‘悟空‘)
g1.join()
g2.join()
#gevent.joinal([g1,g2])
print(‘主‘)
--------------------------------------結果-----------------------------------

悟空 eat 1
悟空 play 1
悟空 eat 2
悟空 play 2
主

上例gevent.sleep(2)模擬的是gevent可以識別的io阻塞,

而time.sleep(2)或其他的阻塞,gevent是不能直接識別的需要用下面一行代碼,打補丁,就可以識別了

from gevent import monkey;monkey.patch_all()必須放到被打補丁者的前面，如time，socket模塊之前

或者我們幹脆記憶成：要用gevent，需要將from gevent import monkey;monkey.patch_all()放到文件的開頭

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‘)
------------------------------------結果----------------------------

at food 1
play 1
play 2
eat food 2
主

五：Gevent之同步異步

from gevent import spawn,joinall,monkey;monkey.patch_all()
import time
def task(pid):
    #一些不確定的任務
    time.sleep(0.5)
    print(‘Task %s done‘%pid)
def synchronuns():
    for i in range(10):
        task(i)
def asynchronuns():
    g_l = [spawn(task,i) for i in range(10)]
    joinall(g_l)
if __name__ == ‘__main__‘:
    print(‘Synchronous‘)
    synchronuns()
    print(‘A‘)
    asynchronuns()

#上面程序的重要部分是將task函數封裝到Greenlet內部線程的gevent.spawn。
#  初始化的greenlet列表存放在數組threads中，此數組被傳給gevent.joinall 函數，
# 後者阻塞當前流程，並執行所有給定的greenlet。執行流程只會在 所有greenlet執行完後才
# 會繼續向下走。

------------------------------結果-----------------------------------------------

Synchronous
Task 0 done
Task 1 done
Task 2 done
Task 3 done
Task 4 done
Task 5 done
Task 6 done
Task 7 done
Task 8 done
Task 9 done
A
Task 0 done
Task 9 done
Task 8 done
Task 7 done
Task 6 done
Task 5 done
Task 4 done
Task 3 done
Task 2 done
Task 1 done

六：Gevent應用舉例一
通過gevent實現單線程下的socket並發（from gevent import monkey;monkey.patch_all()一定要放到導入socket模塊之前，否則gevent無法識別socket的阻塞）

服務端

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

#如果不想用money.patch_all()打補丁,可以用gevent自帶的socket
# from gevent import socket
# s=socket.socket()

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)

客戶端

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‘))

多線程並發多個客戶端

from threading import Thread
from socket import *
import threading

def client(server_ip,port):
    c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #套接字對象一定要加到函數內，即局部名稱空間內，放在函數外則被所有線程共享，則大家公用一個套接字對象，那麽客戶端端口永遠一樣了
    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(500):
        t=Thread(target=client,args=(‘127.0.0.1‘,8080))
        t.start()

Python並發之協程