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Python 并发性的四种实现方式

最编程 2024-06-09 09:41:52
...

协程

协程不是计算机提供的，是人为创造的上下文切换技术，也可以被称为微线程。简而言之 其实就是在一个线程中实现代码块相互切换执行。
我们知道正常代码是从上到下依次执行，一个方法或函数操作完毕后才会进入下一个方法或函数执行。例如：

def func1():
	print(1)
	print(2)
	
def func2():
	print(3)
	print(4)

func1()
func2()

此时代码执行逻辑一定是先执行完func1()对象里的语句再执行func2() ，这种称为同步。但是如果我们想在func1()对象中print(1)后切换到func2()该怎么做呢？

可以采用以下几种基于协程的方式：

  • greenlet。
  • yield 关键字
  • asyncio 装饰器（py3.4之后引入）
  • async、await关键字（py3.5之后引入）【推荐】

1. greenlet实现协程

# greenlet是第三方模块需先引入
pip3 install greenlet

# -*- coding: utf-8 -*-
# author: micher.yu
# Time：2022/01/08
# simple_desc :
from greenlet import greenlet


def func1():
	print(1)  # 第二步：输出1
	gr2.switch()  # 第三步：切换到 func2 函数
	print(2)  # 第六步：输出2
	gr2.switch()  # 第七步：切换到func2 函数（如果不切换的话句柄会继续往下执行，也就不会进入func2 输出4）


def func2():
	print(3)  # 第四步：输出3
	gr1.switch()  # 第五步：切换到func1 函数
	print(4)  # 第八步：输出4，func2函数 执行完毕句柄继续往下执行


def func3():
	print(5)  # 第十步：输出5


gr1 = greenlet(func1)  # 此处只是生成greenlet包装的func1对象，代码并不会实际运行
gr2 = greenlet(func2)  # 此处生成greenlet包装的func2对象

gr1.switch()  # 第一步：此处是正式执行func1()对象
func3()  # 第九步：实例化func3

# 所以实际输出会是 1 3 2 4 5

2. yield关键字

不推荐，实际应用场景比较少。

如果对yield关键字还不太熟悉的话可以参考往期这篇文章详解python三大器——迭代器、生成器、装饰器其中生成器部分有详细讲解

def func1():
	yield 1
	yield from func2()  # 这里其实相当于for item in func2(): yield item 
	yield 2


def func2():
	yield 3
	yield 4


for item in func1():
	print(item)

# 输出结果将会是：1 3 4 2

3. asyncio 模块

在python3.4及之后的版本才可使用，这个框架使用事件循环来编排回调和异步任务。事件循环位于事件循环策略的上下文中。
下图是协程，事件循环和策略之间的相互作用
在这里插入图片描述
注意：asyncio牛逼在于遇到IO阻塞自动切换！

下面我们使用@asyncio.coroutine装饰器(py3.10+会移除)定义了两个协程函数。（基于生成器的协程）

import asyncio


@asyncio.coroutine
def func1():
	print(1)
	# 此处用asyncio.sleep(2)来模拟IO耗时(asyncio.sleep也是一个协程对象，不能用time.sleep())，asyncio定义的协程函数遇到IO操作时会自动切换到事件循环中的其他任务
	yield from asyncio.sleep(2)  
	print(2)


@asyncio.coroutine
def func2():
	print(3)
	yield from asyncio.sleep(2)
	print(4)

PS：如果py版本高于3.8依然可以使用asyncio.coroutine装饰器但是会有告警建议你使用async & await关键字来定义协程函数，不会影响使用！
在这里插入图片描述
协程函数并不能像普通函数一样直接实例化运行，调用协程函数协程并不会开始运行，只是返回一个协程对象。

fun1() # 此处是不会有结果的

可以通过 asyncio.iscoroutine 来验证是否是协程对象

print(asyncio.iscoroutine(func1()))  # True

协程对象必须在事件循环中运行，我们可以通过asyncio.get_event_loop方法来获取当前正在运行的循环实例。如loop对象，然后把协程对象交给 loop.run_until_complete，协程对象随后会在loop 里得到运行。

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(func1())
# 运行结果为：
# 1
# 等待2s
# 2

run_until_complete 是一个阻塞（blocking）调用，直到协程运行结束，它才返回；所以他必须接受的是一个可等待对象（协程, 任务 和future对象）。

可等待对象:

  • 协程对象：协程函数实例化后就是协程对象

  • future对象：asyncio.futures.Future对象用来链接 底层回调式代码 和高层异步/等待式代码，可以简单理解为future对象是可以使程序hang在某个地方等待有结果了之后再继续执行。官方文档

    1. 创建future对象：loop.create_future()
      import asyncio

async def main():
	# 获取当前事件循环
	loop = asyncio.get_running_loop()
	# 单单只是创建一个future对象
	fut = loop.create_future()
	# future对象因为什么都没做也就没返回值，所以await会一直等待下去程序就会hang住
	await fut


asyncio.run(main())
print(1)
      在这里插入图片描述
    2. future对象.set_result()方法
      async def func(fut):
	fut

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