python協程及應用（一）：簡介

前言：我一直在關注如何讓開發變得更容易，效率更高，更不易出錯。之前做過類似的努力，結合SOA和工作流程引擎做的一個流程編輯：http://blog.csdn.net/chgaowei/article/category/597366。它有它自身的缺陷：指令碼和程式之間的耦合太大，指令碼限制太多。

後來接觸並且學習Python，它簡潔而強大，應該是解決這類問題的一個思路。那天看到Python內建的產生器yield關鍵字，感覺著應該是解決邏輯問題的一個突破點（後面會介紹）。再後來參加Python con2011 china，看裡面很多人提到了協程和Greenlet，特別是賴勇浩提出的口號：協程才是未來。當時很興奮，我一直思考的問題有瞭解決方案。

 協程是什嗎？

可以參考一下維基百科：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8F%E7%A8%8B。

我之前寫過一篇文章：並發編程學習總結也提到過。我認為這個定義也許更加貼切：“程式設計語言提供的一種並發機制”。

先讓我們來看一下進程和線程。

未來讓電腦能夠同時處理多個任務，作業系統有了進程的概念，而且在進程內部，基本可以認為當前系統只有一個進程在運行，作業系統對此作了非常好的封裝。進程間的切換是有作業系統來完成的。

進程有一個問題，就是進程間切換耗費電腦資源非常大，而且申請一個新的進程的成本也非常高。所以後來就有了線程，它產生的成本和切換的消耗都比進程要低很多，而且線程間通訊也非常方便。

線程的問題是：1）存線上程安全問題，出了問題非常不易定位。2）進程內部有線程數目的限制。3）隨著並發量的增加，線程產生和切換的成本也變得昂貴。

解決並發還有一個方案是IO多工，它的效率確實非常高，但是代碼複雜度也非常高：它把一個流程打散成一個個的節點，散落在多個地方，對開發和維護非常不利（這個是我們經常用的方案）。

 好，來看協程是如何解決這些問題的：

1）協程的產生成本更低。其實就是一塊記憶體，記錄之前的調用的棧資訊。你甚至可以通過控制函數調用的層次來進一步降低協程的大小。要產生一個協程，只需要申請一塊記憶體並賦值。

2）切換更快。基本是就是記憶體的拷貝的速度。

3）沒有安全執行緒問題。一個進程內可以同時存在多個協程，但是只有一個協程是啟用的，而且協程的啟用和休眠時程式員通過編程來控制，而不是核心來控制的。這樣就沒有了安全執行緒問題。

4）可讀性更好。相對於IO多工來說，你調用的服務介面或者IO介面是非同步，但是你的代碼是流暢（順序）的，並沒有被非同步和回調打亂。協程也是非同步，但是它會把非同步事件和回調封裝起來，形成類似遠程調用介面。

 一些資料：

賴勇浩在pycon 2011 china上列舉了一個node.js用非同步實現的一塊代碼和Python協程風格的代碼很能說明問題：http://www.slideshare.net/laiyonghao/python-webgame-10452102

賴勇浩關於協程的文章非常不錯，可以作為參考，可惜沒有寫完:協程三篇之一（協程初接觸）。

賴勇浩自己也做了一個機遇Google protocol buffer和Greenlet的遠程調用架構abu.rpc，有興趣的可以參考一下（在寫這篇文章之前，還一直沒有抽出時間看一下）。

  提供協程機制的程式設計語言：

現在很多語言都提供協程機制，或者通過第三方模組來實現協程。目前據我所知，支援協程的語言套件括：Python，lua，erlang，go，io，ruby，c#等。我甚至還看到一些文章會在c中使用go和switch或者longjmp/setjmp來實現協程，不過很難再實際項目中使用。

 Python的協程實現：

yield可以實現協程。另外，還有很多第三方的版本，比如greenlet。

 協程可以用來做什嗎？

1）描述邏輯：我主要把協程用來描述邏輯。一個流程可能需要調用多個介面，其中很多介面是非同步。這樣描述起來會困難一點。用線程是可以解決部分問題，但是複雜度提升。

2）提高並發：主要應用在IO密集型應用中。gevent就是在greenlet基礎之上的一個處理並發的架構，和上面的區別是，這裡的事件及介面是IO介面。

 缺陷：

無法使用多核。不過可以通過進程+協程來解決。