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Python协程问题

Python 进程线程执行程序数据

2023-03-02 11:12:49 时间

### 概念理解 ###

1、进程

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源，是一个动态的概念，是一个活动的实体。它不只是程序的代码，还包括当前的活动，通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。

进程的概念主要有两点：第一，进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间，一般情况下，包括文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）。文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。第二，进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时（操作系统执行之），它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。

2、线程

线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组 成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个 进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程 在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。  
线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。  
　　线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。  
　　3、协程  
　　一个程序可以包含多个协程，可以对比与一个进程包含多个线程，因而下面我们来比较协程和线程。我们知道多个线程相对独立，有自己的上下文，切换受系统控制；而协程也相对独立，有自己的上下文，但是其切换由自己控制，由当前协程切换到其他协程由当前协程来控制。

> 最后用一句简单的话来总结一下: 线程可以理解为轻量级的进程，协成可以理解我轻量级的线程

# _*_ coding: utf-8
    __author__ = 'hb'
    __date__ = '2018/12/11 9:03'
    import time
    from greenlet import greenlet
    def work1():
        while True:
            print("----work1---")
            yield
            time.sleep(0.5)
    
    def work2():
        while True:
            print("----work2---")
            yield
            time.sleep(0.5)
    def work3():
        while True:
            print("----work3---")
            yield
            time.sleep(0.5)
    
    gr1 = greenlet(work1)
    gr2 = greenlet(work2)
    gr3 = greenlet(work3)
    def main():
        w1 = work1()
        w2 = work2()
        w3 = work3()
        while True:
            next(w1)
            next(w2)
            next(w3)
    
    if __name__ == "__main__":
        main()

### 用 greenlet封装 ###

#coding=utf-8
    
    from greenlet import greenlet
    import time
    
    def test1():
        while True:
            print "---A--"
            gr2.switch()
            time.sleep(0.5)
    
    def test2():
        while True:
            print "---B--"
            gr1.switch()
            time.sleep(0.5)
    
    gr1 = greenlet(test1)
    gr2 = greenlet(test2)
    
    #切换到gr1中运行
    gr1.switch()

## 协成传递消息 ##

next(w1)
            next(w2)
            next(w3)

> 例如这三句代码。就是唤醒协成，当协成唤醒后可以传递消息

w1.send("message1")
    	w2.send("message2")

> 在协成中接收数据

food = yield

> 当有数据过来的时候就会传递进来，继续往下执行，没有数据的时候就会阻塞在这里  
> 但是也不是说没有数据就一直阻塞这，如果调用了`next(dog)`的时候也会往下传递，执行，只不过没有传递数据而已

### 对协程的进一步封装 ###

> 在上面我们看到了，使用greenlet对协成已经进行了封装，但是还是需要手动切换，这里介绍另外一个框架 `gevent`

其原理是当一个greenlet遇到IO(指的是input output 输入输出，比如网络、文件操作等)操作时，比如访问网络，就自动切换到其他的greenlet，等到IO操作完成，再在适当的时候切换回来继续执行。

import gevent
    import time
    
    def f(n):
        for i in range(n):
            print(gevent.getcurrent(), i)
            # time.sleep(2) 跟下面的不同 gevent.sleep表示交出控制权,让其他的执行，
            # 其他的执行完了再接着执行
            gevent.sleep(0)
    
    g1 =gevent.spawn(f, 5)
    g2 =gevent.spawn(f, 5)
    g3 =gevent.spawn(f, 5)
    g1.join()
    g2.join()
    g3.join()

<Greenlet at 0x182d6ebb2a8: f(5)> 0  
<Greenlet at 0x182d6ebb470: f(5)> 0  
<Greenlet at 0x182d6ebb508: f(5)> 0  
<Greenlet at 0x182d6ebb2a8: f(5)> 1  
<Greenlet at 0x182d6ebb470: f(5)> 1  
<Greenlet at 0x182d6ebb508: f(5)> 1  
<Greenlet at 0x182d6ebb2a8: f(5)> 2  
<Greenlet at 0x182d6ebb470: f(5)> 2  
<Greenlet at 0x182d6ebb508: f(5)> 2  
<Greenlet at 0x182d6ebb2a8: f(5)> 3  
<Greenlet at 0x182d6ebb470: f(5)> 3  
<Greenlet at 0x182d6ebb508: f(5)> 3  
<Greenlet at 0x182d6ebb2a8: f(5)> 4  
<Greenlet at 0x182d6ebb470: f(5)> 4  
<Greenlet at 0x182d6ebb508: f(5)> 4

--------------------

### 进程、线程、协程对比 ###

有一个老板想要开个工厂进行生产某件商品（例如剪子）  
他需要花一些财力物力制作一条生产线，这个生产线上有很多的器件以及材料这些所有的 为了能够生产剪子而准备的资源称之为：进程

只有生产线是不能够进行生产的，所以老板的找个工人来进行生产，这个工人能够利用这些材料最终一步步的将剪子做出来，这个来做事情的工人称之为：线程

这个老板为了提高生产率，想到3种办法：  
在这条生产线上多招些工人，一起来做剪子，这样效率是成倍増长，即单进程 多线程方式  
老板发现这条生产线上的工人不是越多越好，因为一条生产线的资源以及材料毕竟有限，所以老板又花了些财力物力购置了另外一条生产线，然后再招些工人这样效率又再一步提高了，即多进程 多线程方式  
老板发现，现在已经有了很多条生产线，并且每条生产线上已经有很多工人了（即程序是多进程的，每个进程中又有多个线程），为了再次提高效率，老板想了个损招，规定：如果某个员工在上班时临时没事或者再等待某些条件（比如等待另一个工人生产完谋道工序 之后他才能再次工作） ，那么这个员工就利用这个时间去做其它的事情，那么也就是说：如果一个线程等待某些条件，可以充分利用这个时间去做其它事情，其实这就是：协程方式

#### 简单总结 ####

进程是资源分配的单位  
线程是操作系统调度的单位  
进程切换需要的资源很最大，效率很低  
线程切换需要的资源一般，效率一般（当然了在不考虑GIL的情况下）  
协程切换任务资源很小，效率高  
多进程、多线程根据cpu核数不一样可能是并行的，但是协程是在一个线程中 所以是并发

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