1、協(xié)程的發(fā)展流程

再來回顧一下協(xié)程的發(fā)展流程：

• python2.5 為生成器引用.send()、.throw()、.close()方法
• python3.3 為引入yield from，可以接收返回值，可以使用yield from定義協(xié)程
• Python3.4 加入了asyncio模塊
• Python3.5 增加async、await關鍵字，在語法層面的提供支持
• python3.7 使用 async def + await 的方式定義協(xié)程
• python3.10 移除 以 yield from 的方式定義協(xié)程

舊協(xié)程是指以yield、yield from等生成器語法為基礎的協(xié)程實現(xiàn)

新協(xié)程是指以asyncio、async、await等關鍵字為基礎的協(xié)程實現(xiàn)

兩種協(xié)程的實現(xiàn)方式在協(xié)程發(fā)展史上有一段交集，并且舊協(xié)程基于生成器的協(xié)程語法讓生成器和協(xié)程兩個概念混淆，所以對學習者會造成一定的困擾。本篇主要說明兩種協(xié)程的實現(xiàn)方式的差異。

2、舊協(xié)程回顧

舊協(xié)程以yield關鍵字為核心，通過yield關鍵提供的代碼執(zhí)行暫停、恢復的能力，實現(xiàn)函數(shù)交替的執(zhí)行，cpu的轉讓等能力。

import time


def consume():
    r = ''
    while True:
        n = yield r
        print(f'[consumer] 開始消費 {n}...')
        time.sleep(1)
        r = f'{n} 消費完成'


def produce(c):
    next(c)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print(f'[producer] 生產(chǎn)了 {n}...')
        r = c.send(n)
        print(f'[producer] consumer return: {r}')
    c.close()


if __name__=='__main__':
    c = consume()
    produce(c)

執(zhí)行結果：

[producer] 生產(chǎn)了 1...
[consumer] 開始消費 1...
[producer] consumer return: 1 消費完成
[producer] 生產(chǎn)了 2...
[consumer] 開始消費 2...
[producer] consumer return: 2 消費完成
[producer] 生產(chǎn)了 3...
[consumer] 開始消費 3...
[producer] consumer return: 3 消費完成
[producer] 生產(chǎn)了 4...
[consumer] 開始消費 4...
[producer] consumer return: 4 消費完成
[producer] 生產(chǎn)了 5...
[consumer] 開始消費 5...
[producer] consumer return: 5 消費完成

結果分析：

當消費者consume執(zhí)行到n = yield r時，流程暫停，將cpu交還給調(diào)用方produce。

在asyncio初識篇中提到過，協(xié)程最重要的兩個因素是事件循環(huán)+ 任務。用yield實現(xiàn)的協(xié)程中，consume和 produce中的 while循環(huán)共同作用下實現(xiàn)了一個事件循環(huán)的功能，yield 和 send實現(xiàn)了任務的暫停和繼續(xù)執(zhí)行。

總結來說協(xié)程需要的兩個能力事件循環(huán)和任務暫停和繼續(xù)，在舊協(xié)程中的實現(xiàn)分別是：

• 事件循環(huán)通過手動編寫while循環(huán)代碼實現(xiàn)
• 代碼暫停繼續(xù)執(zhí)行通過yield生成器的能力實現(xiàn)

3、新協(xié)程回顧

新協(xié)程是asyncio、async、await等關鍵字實現(xiàn)的。新協(xié)程是基于事件循環(huán)機制實現(xiàn)的，核心能力包括事件循環(huán)，任務，回調(diào)機制等。三者提供的能力分別是

• asyncio 提供了事件循環(huán)
• async 提供了協(xié)程標識
• await 提供了流程掛起能力

import asyncio


async def coro1():
    print("start coro1")
    await asyncio.sleep(2)
    print("end coro1")


async def coro2():
    print("start coro2")
    await asyncio.sleep(1)
    print("end coro2")


# 創(chuàng)建事件循環(huán)
loop = asyncio.get_event_loop()


# 創(chuàng)建任務
task1 = loop.create_task(coro1())
task2 = loop.create_task(coro2())

# 運行協(xié)程
loop.run_until_complete(asyncio.gather(task1, task2))

# 關閉事件循環(huán)
loop.close()

結果

start coro1
start coro2
end coro2
end coro1

結果分析：

當coro1執(zhí)行到 await asyncio.sleep(2)時，流程掛起，將cpu交還給事件循環(huán)，等待事件循環(huán)的下一次調(diào)度，而事件循環(huán)調(diào)度到coro2繼續(xù)執(zhí)行。

協(xié)程的兩個重要能力事件循環(huán)和 任務暫停和繼續(xù) ，分別的實現(xiàn)者：

• 事件循環(huán)通過asyncio提供的loop實現(xiàn)
• 程序掛起通過 await 關鍵字實現(xiàn)

4、新舊協(xié)程實現(xiàn)的對比

asyncio 和 yield 是用于實現(xiàn)異步編程的兩種不同的機制。

yield 是一種用于生成器（Generator）函數(shù)的關鍵字，用于創(chuàng)建可暫停和恢復執(zhí)行的函數(shù)。當一個函數(shù)中包含 yield 語句時，它會返回一個生成器對象，可以通過調(diào)用生成器的 next() 方法或使用 for 循環(huán)來逐步迭代生成器函數(shù)中的值。

通過使用 yield，我們可以將一個函數(shù)分割成多個代碼塊，并在每個代碼塊之間進行切換執(zhí)行。這使得我們可以在函數(shù)執(zhí)行過程中臨時掛起函數(shù)的執(zhí)行，然后再次恢復執(zhí)行。

asyncio 是 Python 提供的標準庫，用于編寫異步代碼。它基于事件循環(huán)（Event Loop）模式，允許我們在單線程中處理多個并發(fā)任務，并通過協(xié)程（Coroutine）來管理異步操作。

asyncio 使用了 async 和 await 這兩個關鍵字來定義協(xié)程函數(shù)。在協(xié)程函數(shù)中可以使用 await 關鍵字來暫停當前協(xié)程的執(zhí)行，等待某個異步操作的完成，然后恢復執(zhí)行。

總結來說：

舊協(xié)程：通過yield關鍵字的暫停和恢復執(zhí)行的能力實現(xiàn)協(xié)程

新協(xié)程：通過事件循環(huán)機制，await關鍵字掛起流程能力實現(xiàn)協(xié)程

5、await 和 yield 的關系

await 關鍵字和 yield 關鍵字都可以用于控制流的暫停和恢復，都屬于python的關鍵字，但是它們在協(xié)程的實現(xiàn)上有所不同。

相同點：

• 控制流暫停和恢復：無論是 await 還是 yield，它們都可以使代碼在某個點暫停執(zhí)行，并在稍后的時間點繼續(xù)執(zhí)行。
• 協(xié)程支持：await 和 yield 都與協(xié)程（Coroutine）密切相關。它們都能夠用于定義和管理協(xié)程，使得異步代碼的編寫更加簡單和易讀。

區(qū)別：

1.語法差異：await 是 Python 3.5 引入的關鍵字，用于異步函數(shù)中暫停執(zhí)行等待異步操作完成。而 yield 是早期協(xié)程的關鍵字，主要用于生成器（Generator）函數(shù)，用于創(chuàng)建迭代器和實現(xiàn)惰性計算，早期通過生成器的能力來實現(xiàn)協(xié)程。

2.語義：

await 表示當前協(xié)程需要等待一個異步操作的完成，并掛起執(zhí)行，讓其他任務有機會執(zhí)行。

yield 是將執(zhí)行的控制權交給調(diào)用方，同時保存函數(shù)的狀態(tài)，以便在下次迭代時從上一次暫停的位置恢復執(zhí)行。

await將程序掛起，讓事件循環(huán)調(diào)度新的任務。yield將程序掛起，等待調(diào)用方的下一步指令。

3.上下文：await 必須在異步上下文中使用，例如在異步函數(shù)中或者在 async with 塊中。而 yield 可以在普通函數(shù)中使用，即使沒有使用協(xié)程的上下文。

4.返回值：yield 返回生成器對象，通過調(diào)用 next() 方法或使用 for 循環(huán)逐步迭代生成器中的值。而 await 返回一個可等待對象（Awaitable），它可以是 Future、Task、Coroutine 等。

總結：

await 不是通過 yield 來實現(xiàn)的程序暫停和執(zhí)行，兩者有相似的能力，但完全沒有調(diào)用關系，都是屬于python關鍵字。

• await 適用于異步編程場景，用于等待異步操作的完成，同時支持更靈活的協(xié)程管理。
• yield 則主要用于生成器函數(shù)，用于實現(xiàn)迭代器和惰性計算。

它們在應用場景和語法上存在一些差異，但都為我們提供了控制流的暫停和恢復的能力。

以上就是Python異步編程之新舊協(xié)程的實現(xiàn)對比的詳細內(nèi)容，更多關于Python協(xié)程的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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