云社区 博客 博客详情
云社区 博客 博客详情

Python 协程的引入

Yuchuan 发表于 2020-04-06 00:05:04 04-06 00:05
Yuchuan 发表于 2020-04-06 00:05:04 2020/04/06
0
0

【摘要】 python 并发编程之协程相关知识概念的引入。

引子

之前我们学习了线程、进程的概念,了解了在操作系统中进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位。按道理来说我们已经算是把cpu的利用率提高很多了。但是我们知道无论是创建多进程还是创建多线程来解决问题,都要消耗一定的时间来创建进程、创建线程、以及管理他们之间的切换。

  随着我们对于效率的追求不断提高,基于单线程来实现并发又成为一个新的课题,即只用一个主线程(很明显可利用的cpu只有一个)情况下实现并发。这样就可以节省创建线进程所消耗的时间。

  为此我们需要先回顾下并发的本质:切换+保存状态

   cpu正在运行一个任务,会在两种情况下切走去执行其他的任务(切换由操作系统强制控制),一种情况是该任务发生了阻塞,另外一种情况是该任务计算的时间过长


ps:在介绍进程理论时,提及进程的三种执行状态,而线程才是执行单位,所以也可以将上图理解为线程的三种状态 

   一:其中第二种情况并不能提升效率,只是为了让cpu能够雨露均沾,实现看起来所有任务都被“同时”执行的效果,如果多个任务都是纯计算的,这种切换反而会降低效率。

  为此我们可以基于yield来验证。yield本身就是一种在单线程下可以保存任务运行状态的方法,我们来简单复习一下:

#1 yiled可以保存状态,yield的状态保存与操作系统的保存线程状态很像,但是yield是代码级别控制的,更轻量级
#2 send可以把一个函数的结果传给另外一个函数,以此实现单线程内程序之间的切换

单纯地切换反而会降低运行效率:

#串行执行
import time

def consumer(res):
    '''任务1:接收数据,处理数据'''
    pass
def producer():
    '''任务2:生产数据'''
    res=[]
    for i in range(10000000):
        res.append(i)
    return res
start=time.time()
#串行执行
res=producer()
consumer(res) #写成consumer(producer())会降低执行效率
stop=time.time()
print(stop-start) #1.5536692142486572
#基于yield并发执行
import time
def consumer():
    '''任务1:接收数据,处理数据'''
    while True:
        x=yield
def producer():
    '''任务2:生产数据'''
    g=consumer()
    next(g)
    for i in range(10000000):
        g.send(i)
start=time.time()
#基于yield保存状态,实现两个任务直接来回切换,即并发的效果
#PS:如果每个任务中都加上打印,那么明显地看到两个任务的打印是你一次我一次,即并发执行的.
producer()
stop=time.time()
print(stop-start) #2.0272178649902344

二:第一种情况的切换。在任务一遇到io情况下,切到任务二去执行,这样就可以利用任务一阻塞的时间完成任务二的计算,效率的提升就在于此。

yield 无法做到遇到io阻塞:

import time

def consumer():
    '''任务1:接收数据,处理数据'''
    while True:
        x=yield
def producer():
    '''任务2:生产数据'''
    g=consumer()
    next(g)
    for i in range(10000000):
        g.send(i)
        time.sleep(2)
start=time.time()
producer() #并发执行,但是任务producer遇到io就会阻塞住,并不会切到该线程内的其他任务去执行
stop=time.time()
print(stop-start)

对于单线程下,我们不可避免程序中出现io操作,但如果我们能在自己的程序中(即用户程序级别,而非操作系统级别)控制单线程下的多个任务能在一个任务遇到io阻塞时就切换到另外一个任务去计算,这样就保证了该线程能够最大限度地处于就绪态,即随时都可以被cpu执行的状态,相当于我们在用户程序级别将自己的io操作最大限度地隐藏起来,从而可以迷惑操作系统,让其看到:该线程好像是一直在计算,io比较少,从而更多的将cpu的执行权限分配给我们的线程。

    协程的本质就是在单线程下,由用户自己控制一个任务遇到io阻塞了就切换另外一个任务去执行,以此来提升效率。为了实现它,我们需要找寻一种可以同时满足以下条件的解决方案:

#1. 可以控制多个任务之间的切换,切换之前将任务的状态保存下来,以便重新运行时,可以基于暂停的位置继续执行。
#2. 作为1的补充:可以检测io操作,在遇到io操作的情况下才发生切换

登录后可下载附件,请登录或者注册

【版权声明】本文为华为云社区用户原创内容,转载时必须标注文章的来源(华为云社区),文章链接,文章作者等基本信息,否则作者和本社区有权追究责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,欢迎发送邮件至:huaweicloud.bbs@huawei.com进行举报,并提供相关证据,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。
评论文章 //点赞 收藏 0
点赞
分享文章到微博
分享文章到朋友圈

评论 (0)


0/1000
评论

登录后可评论,请 登录注册

评论

您还没有写博客的权限!

温馨提示

您确认删除评论吗?

确定
取消
温馨提示

您确认删除评论吗?

删除操作无法恢复,请谨慎操作。

确定
取消
温馨提示

您确认删除博客吗?

确定
取消

确认删除

您确认删除博客吗?

确认删除

您确认删除评论吗?

温馨提示

登录超时或用户已下线,请重新登录!!!

确定
取消