什么是协程

协程，又称为微线程，纤程，英文名Coroutine。协程的作用是在执行函数A时，可以随时中断，去执行函数B，然后中断继续执行函数A（可以自由切换）。但这一过程并不是函数调用（没有调用语句），这一整个过程看似像多线程，然而协程只有一个线程执行。

优点

• 执行效率极高，因为子程序切换（函数）不是线程切换，由程序自身控制，没有切换线程的开销。所有与多线程相比，线程的数量越多，协程性能的优势越明显。
• 不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同事写变量冲突，在控制共享资源时也不需要枷锁，因此执行效率高很多。

python 2.x的协程

主要应用：

yield和geventpython 2.x中支持协程的模块不多，常用的就是gevent。我们主要讲解gevent的用法。

Gevent

gevent是第三方库，通过greenlet实现协程，其基本思想：当一个greenlet遇到IO操作时，比如访问网络，就自动切换到其他的greenlet，等到IO操作完成，再在适当的时候切换回来继续执行。由于IO操作非常好使，经常是程序处于等到状态，有了gevent为我们自动切换协程，就爆炸总有greenlet在运行，而不是等待IO。

gevent实现了python标准库里面大部分的阻塞式系统调用，包括socket、ssl、threading和select等模块，而将这些阻塞式调用变为协作式运行。通过monkey patch修改python自带的一些标准库。例子：

from gevent import monkey
monkey.patch_all() # 一定要在所有引入模块之前执行

import gevent
import reqeusts

def get_response(pn):
    print('start', pn)
    requests.get('https://www.baidu.com')
    print('end', pn)

tasks = [gevent.spawn(get_response, pn) for pn in range(5)]
gevent.joinall(tasks)

Gevent的方法：monkey使一些阻塞的模块变得不阻塞，遇到IO操作则自动切换

• gevent.sleep 可以手动切换
• gevent.spawn 启动协程，参数为(func_name，args)
• gevent.joinall 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

python 3.x的协程

python对协程的支持是通过生成器实现的。在生成器中，我们不但可以通过for循环来迭代，还可以不断调用next()函数获取由yield语句返回的下一个值。但是python的yield不但可以返回一个值，它还可以接收调用者发出的参数。来看例子：

def consumer():
    r = ''
    while True:
        n = yield r
        if not n:
            return
        print('Consuming %s...' % n)
        r = '200 OK'

def produce(c):
    c.send(None) #启动生成器，没有返回值
    n = 0
    while n < 5:
        n += 1
        print('Producing %s...' % n)
        r = c.send(n)
        print('Consumer return: %s' % r)
    c.close()

c = consumer()
produce(c)

注意到consumer函数是一个生成器，把一个consumer传入produce后：

• 调用c.send(None)启动生成器
• 一旦生产了东西，通过c.send(n)切换到consumer执行
• consumer通过yield拿到消息，处理，又通过yield把结果传回
• produce拿到consumer处理的结果，继续生产下一条消息
• produce决定不生产了，通过c.close()关闭consumer，整个过程结束
  整个流程无锁，由一个线程执行，produce和consumer协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。

上面只是协程的简单操作，python3中对协程的编程模型引入了一些标准库。python3.4以后引入了asyncio模块，可以很好的支持协程，asyncio的编程模型就是一个小小循环。我们从asyncio模块中直接获取一个EventLoop的引用，然后把需要执行的协程扔到EventLoop中执行，就实现了异步IO。

import asyncio

@asyncio.coroutine
def hello():
    print('Hello World!')
    # 异步调用asyncio.sleep(1)
    r = yield from asyncio.sleep(2)
    print('Hello again!')

# 获取EventLeep
loop = asyncio.get_event_loop()
# 执行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

asyncio说明

• @asyncio.coroutine把一个生成器标记为coroutine类型，然后我们就把这个coroutine扔到EventLoop中执行
• hello()会首先答应出Hello World！然后yield from语法可以让我们方便的调用另一个生成器。由于asyncio.sleep也是一个coroutine，所以线程不会等待asyncio.sleep，而是直接中断并执行一个消息循环。当asyncio.sleep返回时，线程就可以从yield from拿到返回值（此处是None），然后接着执行下一行语句。
  把asyncio.sleep看成是一个好使1秒的IO操作，在此期间主线程并未等待，而是去执行EventLoop中其他可以执行的coroutine了，因此可以实现并发执行。

我们可以用Task封装两个coroutine试试：

import threading
import asyncio

@asyncio.coroutine
def hello():
    print('Hello World!(%s)' % threading.currentThread())
    yield from asyncio.sleep(1)
    print('Hello again! (%s)' % threading.currentThread())

loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [hello(), hello()]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()

由打印的当前线程名称可以看出，两个coroutine是由同一个线程并发执行的。

为了简化并更好的标识异步IO，从python 3.5开始引入了新的语法async和await，可以让coroutine的代码更简洁易读。

请注意，async和await是针对coroutine的新语法，要使用新的语法，只需要做两部简单的替换：

把@asyncio.coroutine替换为async 把yield from替换为await
例如：

import asyncio

async def test(i):
    print('test_1', i)
    await asyncio.sleep(1)
    print('test_2', i)
loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [test(i) for i in range(5)]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()