Python中協程（coroutine）詳解

嗨学编程發表於2024-04-09
Python

一、協程和執行緒的比較及其適用場景

1 共用變數問題

多執行緒中可能出現多個執行緒爭搶變數，所以變數需要加鎖；協程中任一時刻都只有一個執行緒，所以變數不需要加鎖。

但是協程雖然不像多執行緒爭搶變數但仍是和多執行緒一樣共用變數的，即共用變數在某處改變在另外一處引用時也會發生改變。

2 協程的適用場景

從資源角度說，協程只有一個執行緒只能使用一個cpu核，所以它適合用於IO密集（包括磁碟IO和網路IO）函式，並不適用於計算密集函式。

從事情重複性說，協程類似多執行緒，適用於被反覆呼叫的函式（for或while），也可用於做不同事情的多個函式。

3 協程的切換

執行緒是由作業系統來控制切換的，並不需要我們自己來排程；但協程在作業系統中表現為一個執行緒，其排程作業系統無能為力，只得我們自己來實現。

await關鍵字表示該位置阻塞時可讓出cpu執行，即切換到下一協程執行；但追根究底對我們而言好像只有await asyncio.sleep()（另外還有future但這個暫不考慮吧）。

所以各協程間一定要在某個地方（尤其是迴圈內）使用await asyncio.sleep()謙讓給其他協程，不然如果協程一直不謙讓那其他協程，那其他協程只能等該協程執行完才能執行了。

二、協程程式碼實現

1 協程函式的定義

正常函式怎麼寫就怎麼寫，在def前面加上async即可。如：

async def say_after(delay, what):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(what)

2 協程函式的呼叫

入口函式使用asyncio.run() 進行呼叫。如：

import asyncio


async def main():
    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    print('hello world!')

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")

if __name__ == "__main__":
    # 入口函式透過asyncio.run()呼叫
    asyncio.run(main())

一般協程函式呼叫時在其前面加上await關鍵字進行呼叫：

import asyncio
import time

async def say_after(delay, what):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(what)

async def main():
    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    # 在前面加上await進行呼叫
    # 這種形式和正常的同步執行程式效果上沒什麼區別，仍是執行完上一步再執行下一步
    await say_after(1, 'hello')
    await say_after(2, 'world')

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")


if __name__ == "__main__":
    # 入口函式透過asyncio.run()呼叫
    asyncio.run(main())

最後一種是透過asyncio.create_task()呼叫一般協程函式。

第二種呼叫方式也是呼叫一般協程函式，但是如果只是這麼呼叫的話協程函式並沒有什麼作用，比如上邊這個函式耗時仍然和正常的同步版本一樣是3秒。

協程的意義在正在於asyncio.create_task()呼叫形式，asyncio.create_task()可以將協程函式包裝成任務，多個任務之間可並行執行。如下寫法只耗時2秒。

import asyncio
import time

#學習中遇到問題沒人解答？小編建立了一個Python學習交流群：153708845
class TestAsync:
    async def say_after(self,delay, what):
        await asyncio.sleep(delay)
        print(what)

    async def main(self):
        print(f"started at {time.strftime('%X')}")

        task_list = []
        # 等價於[1,2]
        for i in range(1, 3, 1):
            # 步驟一、使用asyncio.create_task()呼叫協程函式，封裝成任務
            tmp_task = asyncio.create_task(self.say_after(i, 'hello'))
            task_list.append(tmp_task)

        # 第二步，await任務
        for tmp_task in task_list:
            await tmp_task

        print(f"finished at {time.strftime('%X')}")

if __name__ == "__main__":
    obj = TestAsync()
    asyncio.run(obj.main())

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