Python协程

一、Python中的协程经历了很长的一段发展历程。其大概经历了如下三个阶段：

1、最初的生成器变形yield/send
2、引入@asyncio.coroutine和yield from
3、在最近的Python3.5版本中引入async/await关键字
4、文章链接：[<u>https://cuiqingcai.com/6160.html</u>](https://cuiqingcai.com/6160.html)

二、什么叫协程？

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方（线程调
度时候寄存器上下文及栈等保存在内存中），在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈。

因此：
协程能保留上一次调用时的状态（即所有局部状态的一个特定组合），每次过程重入时，就相当于进
入上一次调用的状态，换种说法：进入上一次离开时所处逻辑流的位置。

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。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。

三、协程解决这样几个问题：

1、采用同步的方式去编写异步的代码，使代码的可读性高，更简便。
2、使用单线程去切换任务（就像单线程间函数之间的切换那样，速度超快）
意味着我们需要一个可以暂停的函数，对于此函数可以向暂停的地方穿入值。
（回忆我们的生成器函数就可以满足这两个条件）所以就引入了协程。

四、协程的优点：

1、无需线程上下文切换的开销
2、无需原子操作锁定及同步的开销。（原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序是不可以被打乱，或者切割掉只执行部分。视作整体是原子性的核心。）
3、方便切换控制流，简化编程模型。高并发+高扩展性+低成本：一个CPU支持上万的协程都不是问题。所以很适合用于高并发处理

五、协程的缺点：

1、无法利用多核资源：协程的本质是个单线程,它不能同时将 单个CPU 的多个核用上,协程需要和进程配合才能运行在多CPU上.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。当然我们日常所编写的绝大部分应用都没有这个必要，除非是cpu密集型应用。
2、进行阻塞（Blocking）操作（如IO时）会阻塞掉整个程序

六、补充部分

协程：协助程序，线程和进程都是抢占式特点，线程和进程的切换我们是不能参与的。而协程是非
抢占式特点，协程也存在着切换，这种切换是由我们用户来控制的。协程主解决的是IO的操作。协
程，又称微线程，

优点1: 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。

优点2: 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。

七、并发、并行、同步、异步、阻塞、非阻塞

并发：指一个时间段内，有几个程序在同一个cpu上运行，但是任意时刻只有一个程序在cpu上运行。比如说在一秒内cpu切换了100个进程，就可以认为cpu的并发是100。
并行：值任意时刻点上，有多个程序同时运行在cpu上，可以理解为多个cpu，每个cpu独立运行自己程序，互不干扰。并行数量和cpu数量是一致的。
我们平时常说的高并发而不是高并行，是因为cpu的数量是有限的，不可以增加
同步：（注意同步和异步只是针对于I/O操作来讲的）指调用IO操作时，必须等待IO操作完成后才开始新的的调用方式。
异步：指调用IO操作时，不必等待IO操作完成就开始新的的调用方式。
阻塞：指调用函数的时候，当前线程被挂起。
非阻塞：指调用函数的时候，当前线程不会被挂起，而是立即返回。

八、IO多路复用：

sllect， poll， epoll都是IO多路复用的机制。IO多路复用就是通过这样一种机制：一个进程可以监听
多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪和写就绪），能够通知程序进行相应的操作。但
select，poll，epoll本质上都是同步IO，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写（即将数
据从内核空间拷贝到应用缓存）。也就是说这个读写过程是阻塞的。而异步IO则无需自己负责读写，
异步IO的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

select函数监听的文件描述符分三类：writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，
直到描述符就绪（有数据可读、写、或者有except）或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返
回则设置为null），函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。
优点：良好的跨平台性（几乎所有的平台都支持）
缺点：单个进程能够监听的文件描述符数量存在最大限制，在linux上一般为1024，可以通过修改宏定
义甚至重新编译内核来提升，但是这样也会造成效率降低。

poll不同于select使用三个位图来表示fdset的方式，poll使用的是pollfd的指针实现
pollfd结构包含了要监听的event和发生的event，不再使用select“参数-值”传递的方式。同时pollfd并
没有最大数量限制（但是数量过大之后性能也是会下降）。和select函数一样，poll返回后，需要轮
询pollfd来获取就绪的描述符。
　　从上面看，select和poll都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。事实
上，同时连接的大量客户端在同一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量
的增长，其效率也会下降。

　　epoll是在linux2.6内核中提出的，（windows不支持），是之前的select和poll增强版。相对于
select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符的限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，
将用户关系的文件描述符的时间存放到内核的一个时间表中。这样在用户控件和内核控件的coppy
只需要一次。

如何选择？
　　①在并发高同时连接活跃度不是很高的请看下，epoll比select好（网站或web系统中，用户请
求一个页面后随时可能会关闭）
　　②并发性不高，同时连接很活跃，select比epoll好。（比如说游戏中数据一但连接了就会一直
活跃，不会中断）

 省略章节：由于在用到select的时候需要嵌套多层回调函数，然后印发一系列的问题，如可读性差，
共享状态管理困难，出现异常排查复杂，于是引入协程，既操作简单，速度又快。