全方位了解协程概念

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今天介绍下协程的概念，文末会对整篇做一个总结，了解总结的几点，也就大致理解了协程的用法。

全方位了解协程概念

一、什么是协程

协程：实现协作式多任务，可以在程序执行内部中断，转而执行其他协程。

比如我们编写子程序（或者说函数），通常是利用“调用”来实现从 A 跳去 B，B 跳去 C，如果想回来调用方，必须等被调用方执行完才行，整个调用过程是通过栈实现的。而协程是运行子程序的过程中“中断”，转而执行其他子程序，再在适当的时候返回来接着运行。

二、协程与线程的区别

协程相比于线程的优势： 1、协程效率比线程高。线程间切换需要开销，而协程间切换是由程序自身控制的，不需要开销。 2、协程不需要多线程的锁机制。协程是在一个线程内进行切换，所以不存在同时写变量冲突，不需要给共享资源加锁，只需要判断状态。

PS：如果想使用多CPU的话，可以使用进程+协程。

三、协程的实现

协程是通过yield实现的，所以协程是生成器，可以通过 next 调用。

def simple(a):
    print("----start----")
    r = yield a
    print('----r------' + str(r))

>>> my_simple = simple(5)
>>> my_simple
<generator object simple at 0x10f9242b0>
>>> next(my_simple)
----start----
5
>>> my_simple.send(8)
----r------8
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

以上是一个简单的协程例子，可以看到，my_simple是一个生成器实例，需要使用next()方法或send(None)去预激协程，协程运行到yield的时候停止，当使用send()方法给yield赋值时，程序继续往下运行，并抛出StopIteration异常。

四、协程返回值

在python3.3版本后，协程可以有返回值。

def simple(a):
    print("----start----")
    r = yield a
    print('----r------' + str(r))
    return r

>>> my_simple = simple(5)
>>> next(my_simple)
----start----
5
>>> my_simple.send(8)
----r------8
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration: 8

可以看到，在程序运行完后，异常对象StopIteration的value属性保存着返回的值。

五、使用yield from获取协程返回值

对于yield from来说，解释器不仅会捕获StopIteration异常，还会把value属性的值作为yield from表达式的值。

yield from主要功能是打开双向通道，把最外层的调用方和最内层的子生成器连接起来。

# 子生成器
def total_num():
 total = 0
 while True:
  num = yield
  if num == None:
   break
  total += num
 return total


# 委派生成器
def send_num(result, key):
 while True:
  result[key] = yield from total_num()


# 调用方
def main(data):
 result = {}
 for key, nums in data.items():
  group = send_num(result, key)
  next(group)
  for num in nums:
   group.send(num)
  group.send(None)
 print(result)


data = {
 'nums1': [12, 34, 23, 4, 35, 34, 34, 55],
 'nums2': [22, 44, 33, 24, 33, 24, 4, 15],
 'nums3': [32, 54, 43, 41, 31, 44, 24, 25],
 'nums4': [42, 64, 53, 43, 37, 74, 74, 35],
 'nums5': [52, 74, 63, 46, 39, 84, 44, 45]
}


if __name__ == "__main__":
 main(data)

输出结果如下：

{'nums1': 231, 'nums2': 199, 'nums3': 294, 'nums4': 422, 'nums5': 447}

委派生成器作为双向管道把调用方和子生成器连接起来，委派生成器在yield from表达式处暂停时，调用方通过send()方法把数据传给子生成器，子生成器再把产出值发送给调用方，子生成器返回后，会抛出StopIteration异常，并把返回值添加到异常的value属性上，此时你异常生成器会恢复，并获取异常的value值作为yield from表达式的值。

委派生成器相当于管道，所以可以把任意个委派生成器连起来：委派生成器连接的子生成器是一个委派生成器，以此类推，直到遇到一个使用yield的生成器或可迭代对象。

六、总结

1、协程是用于控制程序中断，它与函数调用不同

2、协程是在单线程里可处理多任务，相比多线程节省了线程切换的开销

3、协程通过 yield 关键字实现，它也是一种生成器

4、协程调用方可通过 send() 方法给被调用方发送值。协程的开启需要预激，预激方法是：send(None)或者next()

5、协程在 python3.3 之后是有返回值的，返回值会放在 StopIteration 异常的 value 里

6、yield from 的作用是在生成器里调用子生成器，可以优化一个嵌套 for 循环等复杂代码

7、协程有四种状态：GEN_CREATED(等待开始执行)、GEN_RUNNING(解释器正在执行)、GEN_SUSPENDED(在yield表达式处停止)、GEN_CLOSED(执行结束)。通过 inspect.getgeneratorstate(…) 函数可获取

8、结束协程的两种方式：generator.throw 或 generator.close

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