协程

    在学习异步IO模型前，我们先来了解协程。

    协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。

    协程的概念很早就提出来了，但直到最近几年才在某些语言（如Lua）中得到广泛应用。

    子程序，或者称为函数，在所有语言中都是层级调用，比如A调用B，B在执行过程中又调用了C，C执行完毕返回，B执行完毕返回，最后是A执行完毕。

    所以子程序调用是通过栈实现的，一个线程就是执行一个子程序。

    子程序调用总是一个入口，一次返回，调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。

    协程看上去也是子程序，但执行过程中，在子程序内部可中断，然后转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。

    注意，在一个子程序中中断，去执行其他子程序，不是函数调用，有点类似CPU的中断。比如子程序A、B：

    def A():

    print('1')

    print('2')

    print('3')



    def B():

    print('x')

    print('y')

    print('z')

    假设由协程执行，在执行A的过程中，可以随时中断，去执行B，B也可能在执行过程中中断再去执行A，结果可能是：

    1

    2

    x

    y

    3

    z

    但是在A中是没有调用B的，所以协程的调用比函数调用理解起来要难一些。

    看起来A、B的执行有点像多线程，但协程的特点在于是一个线程执行，那和多线程比，协程有何优势？

    最大的优势就是协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。

    第二大优势就是不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。

    因为协程是一个线程执行，那怎么利用多核CPU呢？最简单的方法是多进程+协程，既充分利用多核，又充分发挥协程的高效率，可获得极高的性能。

    Python对协程的支持是通过generator实现的。

    在generator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：

    传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息，一个线程取消息，通过锁机制控制队列和等待，但一不小心就可能死锁。

    如果改用协程，生产者生产消息后，直接通过 yield 跳转到消费者开始执行，待消费者执行完毕后，切换回生产者继续生产，效率极高：

    def consumer():

    r = ''

    while True:

    n = yield r

    if not n:

    return

    print('[CONSUMER] Consuming %s…' % n)

    r = '200 OK'



    def produce(c):

    c.send(None)

    n = 0

    while n < 5:

    n = n + 1

    print('[PRODUCER] Producing %s…' % n)

    r = c.send(n)

    print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)

    c.close()



    c = consumer()

    produce(c)

    执行结果：

    [PRODUCER] Producing 1…

    [CONSUMER] Consuming 1…

    [PRODUCER] Consumer return: 200 OK

    [PRODUCER] Producing 2…

    [CONSUMER] Consuming 2…

    [PRODUCER] Consumer return: 200 OK

    [PRODUCER] Producing 3…

    [CONSUMER] Consuming 3…

    [PRODUCER] Consumer return: 200 OK

    [PRODUCER] Producing 4…

    [CONSUMER] Consuming 4…

    [PRODUCER] Consumer return: 200 OK

    [PRODUCER] Producing 5…

    [CONSUMER] Consuming 5…

    [PRODUCER] Consumer return: 200 OK

    注意到 consumer 函数是一个 generator ，把一个 consumer 传入 produce 后：

    • 首先调用 c.send(None) 启动生成器；

    • 然后，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。

    最后套用Donald Knuth的一句话总结协程的特点：

    “子程序就是协程的一种特例。”