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Python自动化运维之高级函数

一、协程

1.1 协程的概念

协程,又称微线程,纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程:协程是一种用户态的轻量级线程。(其实并没有说明白~) 那么这么来理解协程比较容易:

线程是系统级别的,它们是由操作系统调度;协程是程序级别的,由程序员根据需要自己调度。我们把一个线程中的一个个函数叫做子程序,那么子程序在执行过程中可以中断去执行别的子程序;别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序,这就是协程。也就是说同一线程下的一段代码执行着执行着就可以中断,然后跳去执行另一段代码,当再次回来执行代码块的时候,接着从之前中断的地方开始执行。

比较专业的理解是: 协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此:协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态,换种说法:进入上一次离开时所处逻辑流的位置。

1.2 协程的优缺点

协程的优点: (1)无需线程上下文切换的开销,协程避免了无意义的调度,由此可以提高性能(但也因此,程序员必须自己承担调度的责任,同时,协程也失去了标准线程使用多CPU的能力) (2)无需原子操作锁定及同步的开销 (3)方便切换控制流,简化编程模型 (4)高并发+高扩展性+低成本: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。

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.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。 (2)进行阻塞(Blocking)操作(如IO时)会阻塞掉整个程序

二、Python中如何实现协程

2.1 yield实现协程

前文所述“子程序(函数)在执行过程中可以中断去执行别的子程序;别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序”,那么很容易想到Python的yield,显然yield是可以实现这种切换的。

def eater(name):
    print("%s eat food" %name)
    while True:
        food = yield
    print("done")
g = eater("gangdan")
print(g)

执行结果:

<generator object eater at 0x0000000002140FC0>

由执行结果可以证明g现在就是生成器函数

2.2 协程函数赋值过程

用的是yield的表达式形式,要先运行next(),让函数初始化并停在yield,然后再send() ,send会在触发下一次代码的执行时,给yield赋值

next()和send() 都是让函数在上次暂停的位置继续运行:

def creater(name):
    print('%s start to eat food' %name)
    food_list = []
    while True:
        food = yield food_list
        print('%s get %s ,to start eat' %(name,food))
        food_list.append(food)
# 获取生成器
builder = creater('tom')
# 现在是运行函数,让函数初始化
next(builder)
print(builder.send('包子'))
print(builder.send('骨头'))
print(builder.send('菜汤'))

运行结果:

tom start to eat food
tom get 包子 ,to start eat
['包子']
tom get 骨头 ,to start eat
['包子', '骨头']
tom get 菜汤 ,to start eat
['包子', '骨头', '菜汤']

需要注意的是每次都需要先运行next()函数,让程序停留在yield位置。

如果有多个这样的函数都需要执行next()函数,让程序停留在yield位置。为了防止忘记初始化next操作,需要用到装饰器来解决此问题。

def init(func):
    def wrapper(*args,**kwargs):
        builder = func(*args,**kwargs)
        next(builder)    # 这个地方是关键可以使用builder.send("None"),第一次必须传入None。
        return builder
    return wrapper
@init
def creater(name):
    print('%s start to eat food' %name)
    food_list = []
    while True:
        food = yield food_list
        print('%s get %s ,to start eat' %(name,food))
        food_list.append(food)
# 获取生成器
builder = creater("tom")
# 现在是直接运行函数,无须再函数初始化
print(builder.send('包子'))
print(builder.send('骨头'))
print(builder.send('菜汤'))

执行结果:

tom start to eat food
tom get 包子 ,to start eat
['包子']
tom get 骨头 ,to start eat
['包子', '骨头']
tom get 菜汤 ,to start eat
['包子', '骨头', '菜汤']

2.3 协程函数简单应用

请给Tom投喂食物:

def init(func):
    def wrapper(*args,**kwargs):
        builder = func(*args,**kwargs)
        next(builder)
        return builder
    return wrapper
@init
def creater(name):
    print('%s start to eat food' %name)
    food_list = []
    while True:
        food = yield food_list
        print('%s get %s ,to start eat' %(name,food))
        food_list.append(food)
def food():
    builder = creater("Tom")
    while True:
        food = input("请给Tom投喂食物:").strip()
        if food == "q":
            print("投喂结束")
            return 0
        else:
            builder.send(food)
if __name__ == '__main__':
    food()

执行结果:

Tom start to eat food
请给Tom投喂食物:骨头
Tom get 骨头 ,to start eat
请给Tom投喂食物:菜汤
Tom get 菜汤 ,to start eat
请给Tom投喂食物:q
投喂结束

2.4 协程函数的应用

实现linux中"grep -rl error <目录>"命令,过滤一个文件下的子文件、字文件夹的内容中的相应的内容的功能程序。

首先了解一个OS模块中的walk方法,能够把参数中的路径下的文件夹打开并返回一个元组。

>>> import os # 导入模块
>>> os.walk(r"E:Pythonscript") #使用r 是让字符串中的符号没有特殊意义,针对的是转义
<generator object walk at 0x00000000035D3F10>
>>> g = os.walk(r"E:Pythonscript")
>>> next(g)
('E:\Python\script', ['.idea', '函数'], [])

返回的是一个元组,第一个元素是文件的路径,第二个是文件夹,第三个是该路径下的文件。

这里需要用到一个写程序的思想:面向过程编程。

三、面向过程编程

面向过程:核心是过程二字,过程及即解决问题的步骤,基于面向过程设计程序就是一条工业流水线,是一种机械式的思维方式。流水线式的编程思想,在设计程序时,需要把整个流程设计出来。

优点: 1:体系结构更加清晰 2:简化程序的复杂度

缺点: 可扩展性极其的差,所以说面向过程的应用场景是:不需要经常变化的软件,如:linux内核,httpd,git等软件 下面就根据面向过程的思想完成协程函数应用中的功能。

目录结构:

test
├── aa
│   ├── bb1
│    │    └── file2.txt
│   └── bb2
│       └── file3.txt
└─ file1.txt
文件内容:
file1.txt:error123
file2.txt:123
file3.txt:123error

程序流程: 第一阶段:找到所有文件的绝对路径 第二阶段:打开文件 第三阶段:循环读取每一行 第四阶段:过滤“error” 第五阶段:打印该行属于的文件名 第一阶段:找到所有文件的绝对路径

g是一个生成器,就能够用next()执行,每次next就是运行一次,这里的运行结果是依次打开文件的路径:

>>> import os
>>> g = os.walk(r"E:Pythonscript函数  est")
>>> next(g)
('E:\Python\script\函数\test', ['aa'], [])
>>> next(g)
('E:\Python\script\函数\test\aa', ['bb1', 'bb2'], ['file1.txt'])
>>> next(g)
('E:\Python\script\函数\test\aa\bb1', [], ['file2.txt'])
>>> next(g)
('E:\Python\script\函数\test\aa\bb2', [], ['file3.txt'])
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
  File "<input>", line 1, in <module>
StopIteration

我们在打开文件的时候需要找到文件的绝对路径,现在可以通过字符串拼接的方法把第一部分和第三部分进行拼接。

用循环打开:

import os
dir_g = os.walk(r"E:Pythonscript函数  est")
for dir_path in dir_g:
    print(dir_path)

结果:

('E:\Python\script\函数\test', ['aa'], [])
('E:\Python\script\函数\test\aa', ['bb1', 'bb2'], ['file1.txt'])
('E:\Python\script\函数\test\aa\bb1', [], ['file2.txt'])
('E:\Python\script\函数\test\aa\bb2', [], ['file3.txt'])

将查询出来的文件和路径进行拼接,拼接成绝对路径

import os
dir_g = os.walk(r"E:Pythonscript函数  est")
for dir_path in dir_g:
    for file in dir_path[2]:
        file = "%s\%s" %(dir_path[0],file)
        print(file)

执行结果:

E:Pythonscript函数testaaile1.txt
E:Pythonscript函数testaab1ile2.txt
E:Pythonscript函数testaab2ile3.txt

用函数实现:

import os
def search():
    while True:
        dir_name = yield
        dir_g = os.walk(dir_name)
        for dir_path in dir_g:
            for file in dir_path[2]:
                file = "%s\%s" %(dir_path[0],file)
                print(file)
g = search()
next(g)
g.send(r"E:Pythonscript函数  est")

为了把结果返回给下一流程

@init   # 初始化生成器
def search(target):
    while True:
        dir_name = yield
        dir_g = os.walk(dir_name)
        for pardir,_,files in dir_g:
            for file in files:
                abspath = r"%s%s" %(pardir,file)
                target.send(abspath)

第二阶段:打开文件

@init
def opener(target):
    while True:
        abspath=yield
        with open(abspath,'rb') as f:
            target.send((abspath,f))

第三阶段:循环读出每一行内容

@init
def cat(target):
    while True:
        abspath,f=yield #(abspath,f)
        for line in f:
            res=target.send((abspath,line))
            if res:break

第四阶段:过滤

@init
def grep(pattern,target):
    tag=False
    while True:
        abspath,line=yield tag
        tag=False
        if pattern in line:
            target.send(abspath)
            tag=True

第五阶段:打印该行属于的文件名

@init
def printer():
    while True:
        abspath=yield
        print(abspath)
g = search(opener(cat(grep('error'.encode('utf-8'), printer()))))
g.send(r'E:Pythonscript函数  est')

执行结果:

E:Pythonscript函数testaaile1.txt
E:Pythonscript函数testaab2ile3.txt

(文/炫维)

《Python人工智能和全栈开发》2018年07月23日即将在北京开课,120天冲击Python年薪30万,改变速约~~~~

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原始发表时间:2018-03-17

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