微線程python

Ⅰ python中的協程是怎麼實現多任務的

協程也稱為微線程，是在一個線程中，通過不斷的切換任務函數實現了多任務的效果。
協程在python實現的原理主要是通過yield這個關鍵字實現
但是真正在開發時，可以不需要自己實現，可以通過很多成熟的第三方模塊來實現協程，比如greenlet,gevent等模塊。黑馬程序員可學習Python哦，有免費的學習視頻，學習路線圖，學習工具！

Ⅱ Python非同步編程02--yield用法

 1. 協程: 微線程，是一種用戶態輕量級線程
  如圖：在執行A函數的時候，可以隨時中斷，去執行B函數，然後終端繼續執行A函數（可以自動切換）

Ⅲ 詳解Python中的協程，為什麼說它的底層是生成器

協程又稱為是微線程，英文名是Coroutine。它和線程一樣可以調度，但是不同的是線程的啟動和調度需要通過操作系統來處理。並且線程的啟動和銷毀需要涉及一些操作系統的變數申請和銷毀處理，需要的時間比較長。而協程呢，它的調度和銷毀都是程序自己來控制的，因此它更加輕量級也更加靈活。

協程有這么多優點，自然也會有一些缺點，其中最大的缺點就是需要編程語言自己支持，否則的話需要開發者自己通過一些方法來實現協程。對於大部分語言來說，都不支持這一機制。go語言由於天然支持協程，並且支持得非常好，使得它廣受好評，短短幾年時間就迅速流行起來。

對於Python來說，本身就有著一個GIL這個巨大的先天問題。GIL是Python的全局鎖，在它的限制下一個Python進程同一時間只能同時執行一個線程，即使是在多核心的機器當中。這就大大影響了Python的性能，尤其是在CPU密集型的工作上。所以為了提升Python的性能，很多開發者想出了使用多進程+協程的方式。一開始是開發者自行實現的，後來在Python3.4的版本當中，官方也收入了這個功能，因此目前可以光明正大地說，Python是支持協程的語言了。

生成器（generator)

生成器我們也在之前的文章當中介紹過，為什麼我們介紹協程需要用到生成器呢，是因為Python的協程底層就是通過生成器來實現的。

通過生成器來實現協程的原因也很簡單，我們都知道協程需要切換掛起，而生成器當中有一個yield關鍵字，剛好可以實現這個功能。所以當初那些自己在Python當中開發協程功能的程序員都是通過生成器來實現的，我們想要理解Python當中協程的運用，就必須從最原始的生成器開始。

生成器我們很熟悉了，本質上就是帶有yield這個關鍵詞的函數。

async，await和future

從Python3.5版本開始，引入了async，await和future。我們來簡單說說它們各自的用途，其中async其實就是@asyncio.coroutine，用途是完全一樣的。同樣await代替的是yield from，意為等待另外一個協程結束。

我們用這兩個一改，上面的代碼就成了：

async def test(k):

n = 0

while n < k:

await asyncio.sleep(0.5)

print('n = {}'.format(n))

n += 1

由於我們加上了await，所以每次在列印之前都會等待0.5秒。我們把await換成yield from也是一樣的，只不過用await更加直觀也更加貼合協程的含義。

Future其實可以看成是一個信號量，我們創建一個全局的future，當一個協程執行完成之後，將結果存入這個future當中。其他的協程可以await future來實現阻塞。我們來看一個例子就明白了：

future = asyncio.Future()

async def test(k):

n = 0

while n < k:

await asyncio.sleep(0.5)

print('n = {}'.format(n))

n += 1

future.set_result('success')

async def log():

result = await future

print(result)

loop = asyncio.get_event_loop()

loop.run_until_complete(asyncio.wait([

log(),

test(5)

]))

loop.close()

在這個例子當中我們創建了兩個協程，第一個協程是每隔0.5秒print一個數字，在print完成之後把success寫入到future當中。第二個協程就是等待future當中的數據，之後print出來。

在loop當中我們要調度執行的不再是一個協程對象了而是兩個，所以我們用asyncio當中的wait將這兩個對象包起來。只有當wait當中的兩個對象執行結束，wait才會結束。loop等待的是wait的結束，而wait等待的是傳入其中的協程的結束，這就形成了一個依賴循環，等價於這兩個協程對象結束，loop才會結束。

總結

async並不只是可以用在函數上，事實上還有很多其他的用法，比如用在with語句上，用在for循環上等等。這些用法比較小眾，細節也很多，就不一一展開了，大家感興趣的可以自行去了解一下。

不知道大家在讀這篇文章的過程當中有沒有覺得有些費勁，如果有的話，其實是很正常的。原因也很簡單，因為Python原生是不支持協程這個概念的，所以在一開始設計的時候也沒有做這方面的准備，是後來覺得有必要才加入的。那麼作為後面加入的內容，必然會對原先的很多內容產生影響，尤其是協程藉助了之前生成器的概念來實現的，那麼必然會有很多耦合不清楚的情況。這也是這一塊的語法很亂，對初學者不友好的原因。

Ⅳ 一篇文章帶你深度解析Python線程和進程

使用Python中的線程模塊，能夠同時運行程序的不同部分，並簡化設計。如果你已經入門Python，並且想用線程來提升程序運行速度的話，希望這篇教程會對你有所幫助。

線程與進程

什麼是進程

進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位 進程是具有一定獨立功能的程序關於某個數據集合上的一次運行活動,進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位。每個進程都有自己的獨立內存空間，不同進程通過進程間通信來通信。由於進程比較重量，占據獨立的內存，所以上下文進程間的切換開銷（棧、寄存器、虛擬內存、文件句柄等）比較大，但相對比較穩定安全。

什麼是線程

CPU調度和分派的基本單位 線程是進程的一個實體，是CPU調度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源。線程間通信主要通過共享內存，上下文切換很快，資源開銷較少，但相比進程不夠穩定容易丟失數據。

進程與線程的關系圖

線程與進程的區別：

進程

現實生活中，有很多的場景中的事情是同時進行的，比如開車的時候 手和腳共同來駕駛 汽車 ，比如唱歌跳舞也是同時進行的，再比如邊吃飯邊打電話；試想如果我們吃飯的時候有一個領導來電，我們肯定是立刻就接聽了。但是如果你吃完飯再接聽或者回電話，很可能會被開除。

注意：

多任務的概念

什麼叫 多任務 呢？簡單地說，就是操作系統可以同時運行多個任務。打個比方，你一邊在用瀏覽器上網，一邊在聽MP3，一邊在用Word趕作業，這就是多任務，至少同時有3個任務正在運行。還有很多任務悄悄地在後台同時運行著，只是桌面上沒有顯示而已。

現在，多核CPU已經非常普及了，但是，即使過去的單核CPU，也可以執行多任務。由於CPU執行代碼都是順序執行的，那麼，單核CPU是怎麼執行多任務的呢？

答案就是操作系統輪流讓各個任務交替執行，任務1執行0.01秒，切換到任務2，任務2執行0.01秒，再切換到任務3，執行0.01秒，這樣反復執行下去。表面上看，每個任務都是交替執行的，但是，由於CPU的執行速度實在是太快了，我們感覺就像所有任務都在同時執行一樣。

真正的並行執行多任務只能在多核CPU上實現，但是，由於任務數量遠遠多於CPU的核心數量，所以，操作系統也會自動把很多任務輪流調度到每個核心上執行。 其實就是CPU執行速度太快啦！以至於我們感受不到在輪流調度。

並行與並發

並行（Parallelism）

並行：指兩個或兩個以上事件（或線程）在同一時刻發生，是真正意義上的不同事件或線程在同一時刻，在不同CPU資源呢上（多核），同時執行。

特點

並發（Concurrency）

指一個物理CPU(也可以多個物理CPU) 在若幹道程序（或線程）之間多路復用，並發性是對有限物理資源強制行使多用戶共享以提高效率。

特點

multiprocess.Process模塊

process模塊是一個創建進程的模塊，藉助這個模塊，就可以完成進程的創建。

語法：Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

由該類實例化得到的對象，表示一個子進程中的任務（尚未啟動）。

注意：1. 必須使用關鍵字方式來指定參數；2. args指定的為傳給target函數的位置參數，是一個元祖形式，必須有逗號。

參數介紹：

group：參數未使用，默認值為None。

target：表示調用對象，即子進程要執行的任務。

args：表示調用的位置參數元祖。

kwargs：表示調用對象的字典。如kwargs = {'name':Jack, 'age':18}。

name：子進程名稱。

代碼：

除了上面這些開啟進程的方法之外，還有一種以繼承Process的方式開啟進程的方式：

通過上面的研究，我們千方百計實現了程序的非同步，讓多個任務可以同時在幾個進程中並發處理，他們之間的運行沒有順序，一旦開啟也不受我們控制。盡管並發編程讓我們能更加充分的利用IO資源，但是也給我們帶來了新的問題。

當多個進程使用同一份數據資源的時候，就會引發數據安全或順序混亂問題，我們可以考慮加鎖，我們以模擬搶票為例，來看看數據安全的重要性。

加鎖可以保證多個進程修改同一塊數據時，同一時間只能有一個任務可以進行修改，即串列的修改。加鎖犧牲了速度，但是卻保證了數據的安全。

因此我們最好找尋一種解決方案能夠兼顧：1、效率高（多個進程共享一塊內存的數據）2、幫我們處理好鎖問題。

mutiprocessing模塊為我們提供的基於消息的IPC通信機制：隊列和管道。隊列和管道都是將數據存放於內存中 隊列又是基於（管道+鎖）實現的，可以讓我們從復雜的鎖問題中解脫出來， 我們應該盡量避免使用共享數據，盡可能使用消息傳遞和隊列，避免處理復雜的同步和鎖問題，而且在進程數目增多時，往往可以獲得更好的可獲展性（ 後續擴展該內容 ）。

線程

Python的threading模塊

Python 供了幾個用於多線程編程的模塊，包括 thread, threading 和 Queue 等。thread 和 threading 模塊允許程序員創建和管理線程。thread 模塊 供了基本的線程和鎖的支持，而 threading 供了更高級別，功能更強的線程管理的功能。Queue 模塊允許用戶創建一個可以用於多個線程之間 共享數據的隊列數據結構。

python創建和執行線程

創建線程代碼

1. 創建方法一:

2. 創建方法二:

進程和線程都是實現多任務的一種方式，例如：在同一台計算機上能同時運行多個QQ（進程),一個QQ可以打開多個聊天窗口（線程）。資源共享：進程不能共享資源，而線程共享所在進程的地址空間和其他資源，同時，線程有自己的棧和棧指針。所以在一個進程內的所有線程共享全局變數，但多線程對全局變數的更改會導致變數值得混亂。

代碼演示:

得到的結果是：

首先需要明確的一點是GIL並不是Python的特性，它是在實現Python解析器(CPython)時所引入的一個概念。就好比C++是一套語言（語法）標准，但是可以用不同的編譯器來編譯成可執行代碼。同樣一段代碼可以通過CPython，PyPy，Psyco等不同的Python執行環境來執行（其中的JPython就沒有GIL）。

那麼CPython實現中的GIL又是什麼呢？GIL全稱Global Interpreter Lock為了避免誤導，我們還是來看一下官方給出的解釋：

主要意思為:

因此，解釋器實際上被一個全局解釋器鎖保護著，它確保任何時候都只有一個Python線程執行。在多線程環境中，Python 虛擬機按以下方式執行:

由於GIL的存在，Python的多線程不能稱之為嚴格的多線程。因為 多線程下每個線程在執行的過程中都需要先獲取GIL，保證同一時刻只有一個線程在運行。

由於GIL的存在，即使是多線程，事實上同一時刻只能保證一個線程在運行， 既然這樣多線程的運行效率不就和單線程一樣了嗎，那為什麼還要使用多線程呢？

由於以前的電腦基本都是單核CPU，多線程和單線程幾乎看不出差別，可是由於計算機的迅速發展，現在的電腦幾乎都是多核CPU了，最少也是兩個核心數的，這時差別就出來了：通過之前的案例我們已經知道，即使在多核CPU中，多線程同一時刻也只有一個線程在運行，這樣不僅不能利用多核CPU的優勢，反而由於每個線程在多個CPU上是交替執行的，導致在不同CPU上切換時造成資源的浪費，反而會更慢。即原因是一個進程只存在一把gil鎖，當在執行多個線程時，內部會爭搶gil鎖，這會造成當某一個線程沒有搶到鎖的時候會讓cpu等待，進而不能合理利用多核cpu資源。

但是在使用多線程抓取網頁內容時，遇到IO阻塞時，正在執行的線程會暫時釋放GIL鎖，這時其它線程會利用這個空隙時間，執行自己的代碼，因此多線程抓取比單線程抓取性能要好，所以我們還是要使用多線程的。

GIL對多線程Python程序的影響

程序的性能受到計算密集型(CPU)的程序限制和I/O密集型的程序限制影響,那什麼是計算密集型和I/O密集型程序呢?

計算密集型：要進行大量的數值計算，例如進行上億的數字計算、計算圓周率、對視頻進行高清解碼等等。這種計算密集型任務雖然也可以用多任務完成，但是花費的主要時間在任務切換的時間，此時CPU執行任務的效率比較低。

IO密集型：涉及到網路請求(time.sleep())、磁碟IO的任務都是IO密集型任務，這類任務的特點是CPU消耗很少，任務的大部分時間都在等待IO操作完成（因為IO的速度遠遠低於CPU和內存的速度）。對於IO密集型任務，任務越多，CPU效率越高，但也有一個限度。

當然為了避免GIL對我們程序產生影響，我們也可以使用，線程鎖。

Lock&RLock

常用的資源共享鎖機制：有Lock、RLock、Semphore、Condition等，簡單給大家分享下Lock和RLock。

Lock

特點就是執行速度慢，但是保證了數據的安全性

RLock

使用鎖代碼操作不當就會產生死鎖的情況。

什麼是死鎖

死鎖：當線程A持有獨占鎖a，並嘗試去獲取獨占鎖b的同時，線程B持有獨占鎖b，並嘗試獲取獨占鎖a的情況下，就會發生AB兩個線程由於互相持有對方需要的鎖，而發生的阻塞現象，我們稱為死鎖。即死鎖是指多個進程因競爭資源而造成的一種僵局，若無外力作用，這些進程都將無法向前推進。

所以，在系統設計、進程調度等方面注意如何不讓這四個必要條件成立，如何確定資源的合理分配演算法，避免進程永久占據系統資源。

死鎖代碼

python線程間通信

如果各個線程之間各干各的，確實不需要通信，這樣的代碼也十分的簡單。但這一般是不可能的，至少線程要和主線程進行通信，不然計算結果等內容無法取回。而實際情況中要復雜的多，多個線程間需要交換數據，才能得到正確的執行結果。

python中Queue是消息隊列，提供線程間通信機制，python3中重名為為queue，queue模塊塊下提供了幾個阻塞隊列，這些隊列主要用於實現線程通信。

在 queue 模塊下主要提供了三個類，分別代表三種隊列，它們的主要區別就在於進隊列、出隊列的不同。

簡單代碼演示

此時代碼會阻塞，因為queue中內容已滿，此時可以在第四個queue.put('蘋果')後面添加timeout，則成為 queue.put('蘋果'，timeout=1)如果等待1秒鍾仍然是滿的就會拋出異常，可以捕獲異常。

同理如果隊列是空的，無法獲取到內容默認也會阻塞，如果不阻塞可以使用queue.get_nowait()。

在掌握了 Queue 阻塞隊列的特性之後，在下面程序中就可以利用 Queue 來實現線程通信了。

下面演示一個生產者和一個消費者，當然都可以多個

使用queue模塊，可在線程間進行通信，並保證了線程安全。

協程

協程，又稱微線程，纖程。英文名Coroutine。

協程是python個中另外一種實現多任務的方式，只不過比線程更小佔用更小執行單元（理解為需要的資源）。為啥說它是一個執行單元，因為它自帶CPU上下文。這樣只要在合適的時機， 我們可以把一個協程 切換到另一個協程。只要這個過程中保存或恢復 CPU上下文那麼程序還是可以運行的。

通俗的理解：在一個線程中的某個函數，可以在任何地方保存當前函數的一些臨時變數等信息，然後切換到另外一個函數中執行，注意不是通過調用函數的方式做到的，並且切換的次數以及什麼時候再切換到原來的函數都由開發者自己確定。

在實現多任務時，線程切換從系統層面遠不止保存和恢復 CPU上下文這么簡單。操作系統為了程序運行的高效性每個線程都有自己緩存Cache等等數據，操作系統還會幫你做這些數據的恢復操作。所以線程的切換非常耗性能。但是協程的切換只是單純的操作CPU的上下文，所以一秒鍾切換個上百萬次系統都抗的住。

greenlet與gevent

為了更好使用協程來完成多任務，除了使用原生的yield完成模擬協程的工作，其實python還有的greenlet模塊和gevent模塊，使實現協程變的更加簡單高效。

greenlet雖說實現了協程，但需要我們手工切換，太麻煩了，gevent是比greenlet更強大的並且能夠自動切換任務的模塊。

其原理是當一個greenlet遇到IO(指的是input output 輸入輸出，比如網路、文件操作等)操作時，比如訪問網路，就自動切換到其他的greenlet，等到IO操作完成，再在適當的時候切換回來繼續執行。

模擬耗時操作：

如果有耗時操作也可以換成，gevent中自己實現的模塊，這時候就需要打補丁了。

使用協程完成一個簡單的二手房信息的爬蟲代碼吧！

以下文章來源於Python專欄 ，作者宋宋

文章鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/2r3_ipU3HjdA5VnqSHjUnQ

Ⅳ python的線程如何返回值

在python里線程是不受控的。 java里也是有限受控。 windows里線程本來就不受控。只有進程可以控制。 所以線程啟動後要通過變數來取到返回值。

不過考慮到訪問沖突問題，通常通過事情消息機制，以及queue的方式，把數據傳遞出來。

象wode5130的這種方式。也可以考慮。不過建議試驗後再明確。

python里的線程實際上是微線程。也就是說，它與主進程是由python解釋器通過輪洵執行的。 但是這個微線程同時又是標準的windows線程。這就涉及到python中的GIL，一個全局執行鎖的問題。

所以用global s這種方式是行得通的，因為它們都在同一個變數空間內。

如果有多個線程就不成了。 多個線程都給S賦值。會造成賦值間隙中的空白。不知道是為什麼，不過的確有時候，取不到正確的值。