Python 协程（1）：yield 10 分钟入门

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最近找到一本python好书《流畅的python》，是到现在为止看到的对python高级特性讲述最详细的一本。看了协程一章，做个读书笔记，加深印象。

协程定义

协程的底层架构是在pep342 中定义，并在python2.5 实现的。

python2.5 中，yield关键字可以在表达式中使用，而且生成器API中增加了 .send(value)方法。生成器可以使用.send(…)方法发送数据，发送的数据会成为生成器函数中yield表达式的值。

协程是指一个过程，这个过程与调用方协作，产出有调用方提供的值。因此，生成器可以作为协程使用。

除了 .send(…)方法，pep342 和添加了 .throw(…)（让调用方抛出异常，在生成器中处理）和.close()（终止生成器）方法。

python3.3后，pep380对生成器函数做了两处改动：

生成器可以返回一个值；以前，如果生成器中给return语句提供值，会抛出SyntaxError异常。

引入yield from 语法，使用它可以把复杂的生成器重构成小型的嵌套生成器，省去之前把生成器的工作委托给子生成器所需的大量模板代码。

协程生成器的基本行为

首先说明一下，协程有四个状态，可以使用inspect.getgeneratorstate(…)函数确定：

GEN_CREATED # 等待开始执行

GEN_RUNNING # 解释器正在执行（只有在多线程应用中才能看到这个状态）

GEN_SUSPENDED # 在yield表达式处暂停

GEN_CLOSED # 执行结束

#! -*- coding: utf-8 -*-

importinspect

# 协程使用生成器函数定义：定义体中有yield关键字。

defsimple_coroutine():

print('-> coroutine started')

# yield 在表达式中使用；如果协程只需要从客户那里接收数据，yield关键字右边不需要加表达式（yield默认返回None）

x=yield

print('-> coroutine received:',x)

my_coro=simple_coroutine()

my_coro# 和创建生成器的方式一样，调用函数得到生成器对象。

# 协程处于 GEN_CREATED (等待开始状态)

print(inspect.getgeneratorstate(my_coro))

my_coro.send(None)

# 首先要调用next()函数，因为生成器还没有启动，没有在yield语句处暂停，所以开始无法发送数据

# 发送 None 可以达到相同的效果 my_coro.send(None)

next(my_coro)

# 此时协程处于 GEN_SUSPENDED (在yield表达式处暂停)

print(inspect.getgeneratorstate(my_coro))

# 调用这个方法后，协程定义体中的yield表达式会计算出42；现在协程会恢复，一直运行到下一个yield表达式，或者终止。

my_coro.send(42)

print(inspect.getgeneratorstate(my_coro))

运行上述代码，输出结果如下

GEN_CREATED

->coroutine started

GEN_SUSPENDED

->coroutinereceived:42

# 这里，控制权流动到协程定义体的尾部，导致生成器像往常一样抛出StopIteration异常

Traceback(most recent calllast):

File"/Users/gs/coroutine.py",line18,in

my_coro.send(42)

StopIteration

send方法的参数会成为暂停yield表达式的值，所以，仅当协程处于暂停状态是才能调用send方法。如果协程还未激活（GEN_CREATED 状态）要调用next(my_coro) 激活协程，也可以调用my_coro.send(None)

如果创建协程对象后立即把None之外的值发给它，会出现下述错误：

>>>my_coro=simple_coroutine()

>>>my_coro.send(123)

Traceback(most recent calllast):

File"/Users/gs/coroutine.py",line14,in

my_coro.send(123)

TypeError:can'tsendnon-Nonevaluetoajust-startedgenerator

仔细看错误消息

can’t send non-None value to a just-started generator

最先调用next(my_coro) 这一步通常称为”预激“（prime）协程—即，让协程向前执行到第一个yield表达式，准备好作为活跃的协程使用。

再看一个两个值得协程

defsimple_coro2(a):

print('-> coroutine started: a =',a)

b=yielda

print('-> Received: b =',b)

c=yielda+b

print('-> Received: c =',c)

my_coro2=simple_coro2(14)

print(inspect.getgeneratorstate(my_coro2))

# 这里inspect.getgeneratorstate(my_coro2) 得到结果为 GEN_CREATED （协程未启动）

next(my_coro2)

# 向前执行到第一个yield 处 打印 “-> coroutine started: a = 14”

# 并且产生值 14 （yield a 执行 等待为b赋值）

print(inspect.getgeneratorstate(my_coro2))

# 这里inspect.getgeneratorstate(my_coro2) 得到结果为 GEN_SUSPENDED （协程处于暂停状态）

my_coro2.send(28)

# 向前执行到第二个yield 处 打印 “-> Received: b = 28”

# 并且产生值 a + b = 42（yield a + b 执行 得到结果42 等待为c赋值）

print(inspect.getgeneratorstate(my_coro2))

# 这里inspect.getgeneratorstate(my_coro2) 得到结果为 GEN_SUSPENDED （协程处于暂停状态）

my_coro2.send(99)

# 把数字99发送给暂停协程，计算yield 表达式，得到99，然后把那个数赋值给c 打印 “-> Received: c = 99”

# 协程终止，抛出StopIteration

运行上述代码，输出结果如下

GEN_CREATED

->coroutinestarted:a=14

GEN_SUSPENDED

->Received:b=28

->Received:c=99

Traceback(most recent calllast):

File"/Users/gs/coroutine.py",line37,in

my_coro2.send(99)

StopIteration

simple_coro2 协程的执行过程分为3个阶段，如下图所示

调用next(my_coro2)，打印第一个消息，然后执行yield a，产出数字14.

调用my_coro2.send(28)，把28赋值给b，打印第二个消息，然后执行 yield a + b 产生数字42

调用my_coro2.send(99)，把99赋值给c，然后打印第三个消息，协程终止。

使用装饰器预激协程

我们已经知道，协程如果不预激，不能使用send() 传入非None 数据。所以，调用my_coro.send(x)之前，一定要调用next(my_coro)。为了简化，我们会使用装饰器预激协程。

fromfunctoolsimportwraps

defcoroutinue(func):

'''

装饰器： 向前执行到第一个`yield`表达式，预激`func`

:param func: func name

:return: primer

'''

@wraps(func)

defprimer(*args,**kwargs):

# 把装饰器生成器函数替换成这里的primer函数；调用primer函数时，返回预激后的生成器。

gen=func(*args,**kwargs)

# 调用被被装饰函数，获取生成器对象

next(gen)# 预激生成器

returngen# 返回生成器

returnprimer

# 使用方法如下

@coroutinue

defsimple_coro(a):

a=yield

simple_coro(12)# 已经预激

终止协程和异常处理

协程中，为处理的异常会向上冒泡，传递给next函数或send方法的调用方，未处理的异常会导致协程终止。

看下边这个例子

#! -*- coding: utf-8 -*-

fromfunctoolsimportwraps

defcoroutinue(func):

'''

装饰器： 向前执行到第一个`yield`表达式，预激`func`

:param func: func name

:return: primer

'''

@wraps(func)

defprimer(*args,**kwargs):

# 把装饰器生成器函数替换成这里的primer函数；调用primer函数时，返回预激后的生成器。

gen=func(*args,**kwargs)

# 调用被被装饰函数，获取生成器对象

next(gen)# 预激生成器

returngen# 返回生成器

returnprimer

@coroutinue

defaverager():

# 使用协程求平均值

total=0.0

count=

average=None

whileTrue:

term=yieldaverage

total+=term

count+=1

average=total/count

coro_avg=averager()

print(coro_avg.send(40))

print(coro_avg.send(50))

print(coro_avg.send('123'))# 由于发送的不是数字，导致内部有异常抛出。

执行上述代码结果如下

40.0

45.0

Traceback(most recent calllast):

File"/Users/gs/coro_exception.py",line37,in

print(coro_avg.send('123'))

File"/Users/gs/coro_exception.py",line30,inaverager

total+=term

TypeError:unsupported operand type(s)for+=:'float'and'str'

出错的原因是发送给协程的’123’值不能加到total变量上。出错后，如果再次调用 coro_avg.send(x) 方法 会抛出 StopIteration 异常。

由上边的例子我们可以知道，如果想让协程退出，可以发送给它一个特定的值。比如None和Ellipsis。（推荐使用Ellipsis，因为我们不太使用这个值）

从Python2.5 开始，我们可以在生成器上调用两个方法，显式的把异常发给协程。

这两个方法是throw和close。

generator.throw(exc_type[, exc_value[, traceback]])

这个方法使生成器在暂停的yield表达式处抛出指定的异常。如果生成器处理了抛出的异常，代码会向前执行到下一个yield表达式，而产出的值会成为调用throw方法得到的返回值。如果没有处理，则向上冒泡，直接抛出。

generator.close()

生成器在暂停的yield表达式处抛出GeneratorExit异常。如果生成器没有处理这个异常或者抛出了StopIteration异常，调用方不会报错。如果收到GeneratorExit异常，生成器一定不能产出值，否则解释器会抛出RuntimeError异常。

示例： 使用close和throw方法控制协程。

importinspect

classDemoException(Exception):

pass

@coroutinue

defexc_handling():

print('-> coroutine started')

whileTrue:

try:

x=yield

exceptDemoException:

print('*** DemoException handled. Conginuing...')

else:

# 如果没有异常显示接收到的值

print('--> coroutine received: {!r}'.format(x))

raiseRuntimeError('This line should never run.')# 这一行永远不会执行

exc_coro=exc_handling()

exc_coro.send(11)

exc_coro.send(12)

exc_coro.send(13)

exc_coro.close()

print(inspect.getgeneratorstate(exc_coro))

raise RuntimeError(‘This line should never run.’) 永远不会执行，因为只有未处理的异常才会终止循环，而一旦出现未处理的异常，协程会立即终止。

执行上述代码得到结果为：

->coroutinestarted

-->coroutinereceived:11

-->coroutinereceived:12

-->coroutinereceived:13

GEN_CLOSED# 协程终止

上述代码，如果传入DemoException，协程不会中止，因为做了异常处理。

exc_coro=exc_handling()

exc_coro.send(11)

exc_coro.send(12)

exc_coro.send(13)

exc_coro.throw(DemoException)# 协程不会中止，但是如果传入的是未处理的异常，协程会终止

print(inspect.getgeneratorstate(exc_coro))

exc_coro.close()

print(inspect.getgeneratorstate(exc_coro))

## output

->coroutinestarted

-->coroutinereceived:11

-->coroutinereceived:12

-->coroutinereceived:13

***DemoExceptionhandled.Conginuing...

GEN_SUSPENDED

GEN_CLOSED

如果不管协程如何结束都想做些处理工作，要把协程定义体重的相关代码放入try/finally块中。

@coroutinue

defexc_handling():

print('-> coroutine started')

try:

whileTrue:

try:

x=yield

exceptDemoException:

print('*** DemoException handled. Conginuing...')

else:

# 如果没有异常显示接收到的值

print('--> coroutine received: {!r}'.format(x))

finally:

print('-> coroutine ending')

来源：goodspeed

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