用yield实现Python协程

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理解python中的yield关键字

介绍了使用yield实现生成器函数,这一篇我们来继续深入的了解一下yield,用yield实现协程。

先来解答一下上一篇留下的问题:下面的代码为什么第二次调用next打印None呢?

事实是这样的,yield语句默认返回None。当第一次调用next方法时,生成器函数开始执行,执行到yield表达式为止,但此时赋值操作并为执行。上面的代码中,在第一次调用next的时候,echo生成了1。第二次调用next的时候,yield表达式的值赋给了n,n此时变成None了,再次yield n的时候就自然生成None了。

好了,接下来开始本文的主题。

什么是协程

引用官方的说法:

协程是一种用户态的轻量级线程,协程的调度完全由用户控制。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,直接操作栈则基本没有内核切换的开销,可以不加锁的访问全局变量,所以上下文的切换非常快。

与线程相比,协程更轻量。一个Python线程大概占用8M内存,而一个协程只占用1KB不到内存。协程更适用于IO密集型的应用。

在讲述协程的实现前,我们有必要先来看一下send方法。

send方法

yield表达式有一个返回值,send方法的作用就是控制这个返回值,send的参数就是yield表达式的返回值。我们来看一下官方文档上关于send的定义

generate.send(value):生成器的send(value)方法会将value值“发送”给生成器中的方法。value参数变成当前yield表达式的值。send()方法会返回生成器生成的下一个yield值或者StopIteration异常(如果生成器没有生成下一个yield值就退出了)。当通过调用send()启动生成器时,value值必须为None,因为当前还没有yield表达式可以接收参数。

是不是看晕了?我们来看一个例子

上面的代码输出

第一次调用next的时候,程序从函数最开始处运行,打印出

before yield

执行到yield处,停在该处。

接下来,向生成器send(1)。send在这里起到两个作用,一个是将参数值赋给yield的返回值,然后该返回值赋给了变量x;一个是继续程序的执行,直到下一次遇到yield停下来。第二个功能和next类似。其实,next 就相当于 send(None) 。

执行了 send(1) 后,x被赋值给yield的返回值,即send的参数1,并继续往下执行,打印出了

after yield: 1

继续执行,回到循环的开始,向下执行,打印出

before yield

再次遇到yield,停在该处,等待下一次send或next的调用。

向生成器send(2)。这里的步骤和 send(1) 相同,打印出下面两条后,在yield处停住。

after yield: 2

before yield

执行 next(g),x被赋值为yield表达式的返回值,也就是None,继续向下执行,打印出

after yield: None

再次回到循环的开始,向下执行,打印出

before yield

程序运行结束。

现在是不是有点理解send了?

yield和send实现Python协程

我们来用协程实现一个生产者/消费者的例子

运行上面的程序,会输出

produce函数负责生产数据,consume函数负责消费数据。具体执行过程如下:

首先调用consume函数,consume函数的返回是一个生成器,把这个生成器传入produce函数。

produce函数中调用next(c)启动生成器。

计算 n = n+1 生成数据,一旦生产了数据,调用 c.send(n) 切换到consume执行。

consume函数中拿到数据后赋值给n,继续执行yield后面的语句。

consume函数中打印消费的数据,并设置返回值r,又回到循环的开始,通过yield把结果传回。

produce拿到consume返回的值,继续生产下一个数据。

5个数据生产完毕后,循环结束,通过c.close()关闭consume,结束全过程。

produce和consume函数在一个线程内执行,通过调用send方法和yield互相切换,实现协程的功能。

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