你的 Python 代码太慢了吗？协程和多线程来拯救！

吾非同

发布于 2024-07-20 10:34:58

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发布于 2024-07-20 10:34:58

文章被收录于专栏：吾非同

大家好，在Python编程中，处理并发任务时，我们经常会遇到协程和多线程这两个术语。虽然它们的目的相似——即优化程序的执行效率和响应速度，但它们的工作方式却有很大的不同。

协程（Coroutine）

协程是一种比线程更加轻量级的并发实现方式。它们允许你在一个函数中暂停执行，然后在需要时继续执行。这就像是你在看一本书的时候，可以在任何页面放一个书签，然后在以后继续阅读。

Python中的协程通常通过asyncio库来实现。协程可以让你编写出更加简洁和高效的异步代码。

多线程（Multithreading）

多线程是指在同一个进程中运行多个线程，每个线程执行不同的任务。线程就像是一个个小工人，他们可以同时工作，但他们共享同一个资源池（比如内存）。在Python中，可以通过threading库来实现多线程。

多线程适用于I/O密集型任务，比如文件读取、网络请求等。因为这些任务通常会等待外部资源的响应，而在等待期间，线程可以去执行其他任务，提高整体效率。

协程与多线程的原理

协程的原理

协程的核心在于其异步性。它们通过async和await关键字实现。一个协程函数使用async def来定义，并在需要暂停的地方使用await来等待其他协程的完成。

协程的运行方式类似于单线程，但它们在等待I/O操作时可以暂停，允许其他协程运行。这种方式避免了线程间切换的开销，同时也避免了锁机制的问题。

多线程的原理

多线程的实现依赖于操作系统的线程调度机制。每个线程都有自己的执行路径，但它们共享同一个进程的内存空间。

Python的GIL（全局解释器锁）限制了同一时刻只能有一个线程执行Python字节码，这使得多线程在CPU密集型任务上的表现不如预期。但在I/O密集型任务中，多线程仍然能显著提升性能。

实践案例

使用协程案例

让我们来看一个简单的协程示例，通过asyncio库来实现：

import asyncio

async def fetch_data():
print("开始获取数据...")
    await asyncio.sleep(2)
print("数据获取完毕")
return"数据"

async def main():
    tasks =[fetch_data(), fetch_data(), fetch_data()]
    results = await asyncio.gather(*tasks)
print(results)

asyncio.run(main())

在这个例子中，我们定义了一个异步函数fetch_data，它模拟了一个数据获取的过程。asyncio.sleep(2)模拟了一个异步等待操作。在main函数中，我们使用asyncio.gather并行执行了三个fetch_data任务。

使用多线程案例

接下来，我们来看一个多线程的示例，通过threading库来实现：

import threading
import time

def fetch_data():
print("开始获取数据...")
    time.sleep(2)
print("数据获取完毕")

threads =[]
for i in range(3):
    thread = threading.Thread(target=fetch_data)
    threads.append(thread)
    thread.start()

for thread in threads:
    thread.join()