實作協程的方式及協程的意義 【筆記】

協程

協程不是計算機提供的，是程式員認為創造
協程也被稱為微執行緒，是一種用戶態的背景關系切換技術，簡而言之，就是通過一個執行緒實作代碼互相切換執行
實作協程的幾種方法:
1)greenlet,早期模塊
2)yield關鍵字
3)asyncio裝飾器 （python3.4以后引入的）
4)async,await關鍵字 (python3.5) 推薦

1.greenlet實作協程

greentlet是一個第三方模塊，需要提前安裝 pip3 install greenlet才能使用，

from greenlet import greenlet
def func1():
    print(1)        # 第1步：輸出 1
    gr2.switch()    # 第3步：切換到 func2 函式
    print(2)        # 第6步：輸出 2
    gr2.switch()    # 第7步：切換到 func2 函式，從上一次執行的位置繼續向后執行
def func2():
    print(3)        # 第4步：輸出 3
    gr1.switch()    # 第5步：切換到 func1 函式，從上一次執行的位置繼續向后執行
    print(4)        # 第8步：輸出 4
gr1 = greenlet(func1)
gr2 = greenlet(func2)

gr1.switch() # 第1步：去執行 func1 函式

輸出的結果:
1
3
2
4

注意：switch中也可以傳遞引數用于在切換執行時相互傳遞值，

2.yield

基于Python的生成器的yield和yield form關鍵字實作協程代碼，

def func1():
    yield 1   #第一步執行這里會生成1
    yield from func2() #這里會跳到func2，然后執行里面的代碼，執行完func2函式后會繼續以跳轉之前的狀態繼續執行以下代碼
    yield 2
def func2():
    yield 3
    yield 4
    
# 這里是一個生成器物件
f1 = func1()
# 遍歷執行生成器
for item in f1:
    print(item)

執行結果
1
3
4
2

注：用這種方法比較牽強，真正開發環境中基本不會用這種方法實作協程(yield form關鍵字是在Python3.3中引入的，)

3.asyncio

在Python3.4之前官方未提供協程的類別庫，一般大家都是使用greenlet等其他來實作，在Python3.4發布后官方正式支持協程，即：asyncio模塊，

import asyncio
#這就是一個用協程實作的函式
@asyncio.coroutine
def func1():
    print(1)
    yield from asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗時操作，自動化切換到tasks中的其他任務
    print(2)


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

同時執行多個協程

import asyncio
@asyncio.coroutine
def func1():
    print(1)
    yield from asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗時操作，自動化切換到tasks中的其他任務
    print(2)
@asyncio.coroutine
def func2():
    print(3)
    yield from asyncio.sleep(2) # 遇到IO耗時操作，自動化切換到tasks中的其他任務
    print(4)
tasks = [
    asyncio.ensure_future( func1() ),
    asyncio.ensure_future( func2() )
]
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

結果
1
3
2
4

注意：基于asyncio模塊實作的協程比之前的要更厲害，因為他的內部還集成了遇到IO耗時操作自動切花的功能，

4.async & awit

async & awit 關鍵字在Python3.5版本中正式引入，基于他撰寫的協程代碼其實就是 上一示例 的加強版，讓代碼可以更加簡便，
Python3.8之后 @asyncio.coroutine 裝飾器就會被移除，推薦使用async & awit 關鍵字實作協程代碼，

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.協程的意義

在一個執行緒中遇到IO耗時，執行緒不會等待，利用空余的時間去執行其他的方法

4.1爬蟲案例
例如：用代碼實作下載 url_list 中的圖片，

• 方式一：同步編程實作

import requests
def download_image(url):
    print("開始下載:",url)
    # 發送網路請求，下載圖片
    response = requests.get(url)
    print("下載完成")
    # 圖片保存到本地檔案
    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)

結果
開始下載: https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg
下載完成
開始下載: https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg
下載完成
開始下載: https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg
下載完成

方式二：基于協程的異步編程實作

import aiohttp
import asyncio
async def fetch(session, url):
    print("發送請求：", 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())

結果
發送請求： https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg
發送請求： https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg
發送請求： https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg
下載完成 https://www2.autoimg.cn/newsdfs/g30/M01/3C/E2/120x90_0_autohomecar__ChcCSV2BBICAUntfAADjJFd6800429.jpg
下載完成 https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M0B/3C/65/120x90_0_autohomecar__ChcCP12BFCmAIO83AAGq7vK0sGY193.jpg
下載完成 https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg

上述兩種的執行對比之后會發現，基于協程的異步編程 要比 同步編程的效率高了很多，因為：

• 同步編程，按照順序逐一排隊執行，如果圖片下載時間為2分鐘，那么全部執行完則需要6分鐘，
• 異步編程，幾乎同時發出了3個下載任務的請求（遇到IO請求自動切換去發送其他任務請求），如果圖片下載時間為2分鐘，那么全部執行完畢也大概需要2分鐘左右就可以了，

小結
協程一般應用在有IO操作的程式中，因為協程可以利用IO等待的時間去執行一些其他的代碼，從而提升代碼執行效率，