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协程Coroutines

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协程是什么

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协程,Coroutines,也叫作纤程(Fiber)

协程,全称是“协同程序”,用来实现任务协作。是一种在线程中,比线程更加轻量级的存在,由程序员自己写程序来管理。

当出现IO阻塞时,CPU一直等待IO返回,处于空转状态。这时候用协程,可以执行其他任务。当IO返回结果后,再回来处理数据。充分利用了IO等待的时间,提高了效率。

一个故事说明进程、线程、协程的关系

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乔布斯想开工厂生产手机,费劲力气,制作一条生产线,这个生产线上有很多的器件以及材料。一条生产线就是一个进程。

只有生产线是不够的,所以找五个工人来进行生产,这个工人能够利用这些材料最终一步步的将手机做出来,这五个工人就是五个线程。

为了提高生产率,想到3种办法:

  1. 一条生产线上多招些工人,一起来做手机,这样效率是成倍増长,即单进程多线程方式
  2. 多条生产线,每个生产线上多个工人,即多进程多线程
  3. 乔布斯深入一线发现工人不是那么忙,有很多等待时间。于是规定:如果某个员工在等待生产线某个零件生产时 ,不要闲着,干点其他工作。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,这就是:协程方式。

协程的核心(控制流的让出和恢复)

  1. 每个协程有自己的执行栈,可以保存自己的执行现场
  2. 可以由用户程序按需创建协程(比如:遇到io操作)
  3. 协程“主动让出(yield)”执行权时候,会保存执行现场(保存中断时的寄存器上下文和栈),然后切换到其他协程
  4. 协程恢复执行(resume)时,根据之前保存的执行现场恢复到中断前的状态,继续执行,这样就通过协程实现了轻量的由用户态调度的多任务模型

协程和多线程比较

比如,有3个任务需要完成,每个任务都在等待I/O操作时阻塞自身。阻塞在I/O操作上所花费的时间已经用灰色框标示出来了。

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  1. 在单线程同步模型中,任务按照顺序执行。如果某个任务因为I/O而阻塞,其他所有的任务都必须等待,直到它完成之后它们才能依次执行。
  2. 多线程版本中,这3个任务分别在独立的线程中执行。这些线程由操作系统来管理,在多处理器系统上可以并行处理,或者在单处理器系统上交错执行。这使得当某个线程阻塞在某个资源的同时其他线程得以继续执行。
  3. 协程版本的程序中,3个任务交错执行,但仍然在一个单独的线程控制中。当处理I/O或者其他昂贵的操作时,注册一个回调到事件循环中,然后当I/O操作完成时继续执行。回调描述了该如何处理某个事件。事件循环轮询所有的事件,当事件到来时将它们分配给等待处理事件的回调函数。

协程的优点

  1. 由于自身带有上下文和栈,无需线程上下文切换的开销,属于程序级别的切换,操作系统完全感知不到,因而更加轻量级;
  2. 无需原子操作的锁定及同步的开销;
  3. 方便切换控制流,简化编程模型
  4. 单线程内就可以实现并发的效果,最大限度地利用cpu,且可扩展性高,成本低(注: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)

asyncio协程是写爬虫比较好的方式。比多线程和多进程都好. 开辟新的线程和进程是非常耗时的。

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。
  2. 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。

实时效果反馈

1. 如下关于协程的说法,错误的是:

A 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

B 协程:单线程内就可以实现并发的效果,最大限度地利用cpu,且可扩展性高,成本低

C 协程由操作系统调度

D 协程的切换:无需线程上下文切换的开销,属于程序级别的切换,更轻量级

答案

1=>C

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