Python中的协程详解-猿码集

1. 协程基础概念

协程（Coroutines）是一种能够在同一线程中实现非抢占式多任务的一种技术。其主要思想是，通过在代码中设置中断点，可以在一个任务没有完成的情况下，让另一个任务开始执行，从而达到提升效率的目的。协程是一种很好的异步编程方式。在 Python 中，协程通过协程对象和协程函数的方式实现。

Python 的协程是基于生成器来实现的。生成器是一种特殊的函数，调用之后不会立即执行，而是返回一个生成器对象，通过执行生成器对象的 next() 或 send() 方法可以使生成器执行到函数体的下一个 yield 语句。而协程就是在生成器的基础上加上了一些特殊的语法。

1.1 协程的基本语法

在 Python 中，要创建一个协程对象，需要使用 async 关键字，来定义一个协程函数，如下所示：


async def coroutine_name():
    # 协程函数体

在协程函数体中，可以使用 await 表达式来执行异步操作：


async def coroutine_name():
    await some_async_func()

在 Python 中，异步操作可以是 I/O 操作、数据库操作等。使用 async 关键字来定义协程函数，async 函数将返回一个协程对象，我们可以使用协程对象创建任务，以便通过事件循环以异步的方式执行它们。

1.2 协程的执行方式

协程的执行需要一个事件循环来调度任务。在 Python 中，有两个主要的事件循环：asyncio 和 uvloop。asyncio 实现的是 Python 官方的事件循环机制，而 uvloop 是一个高性能的事件循环库，是 asyncio 的替代品。

协程的执行方式如下：

定义协程函数，使用 async 关键字。

通过 asyncio.create_task() 函数来创建协程任务。

通过 asyncio.run() 函数来启动事件循环，执行协程任务。

下面是一个简单的协程示例：


import asyncio
async def my_coroutine():
    print("My coroutine is running...")
async def main():
    task = asyncio.create_task(my_coroutine())
    await task
asyncio.run(main())

在上面的示例中，我们首先定义了一个协程函数 my_coroutine()，接着通过 asyncio.create_task() 函数来创建协程任务 task，并将其作为参数传递给 asyncio.run() 函数来启动事件循环，因此协程任务会在事件循环中异步执行。

2. 协程的应用

2.1 爬虫应用

在爬取数据的过程中，如果每个请求都同步执行，那么程序的效率会非常低。在这种情况下，我们可以使用异步的方式来进行数据获取和处理，从而提高程序的执行效率。

下面是一个简单的爬虫示例，使用 aiohttp 库来进行数据抓取：


import aiohttp
import asyncio
async def get_data(session, url):
    async with session.get(url) as response:
        print(await response.text())
async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        await asyncio.gather(
            get_data(session, 'http://www.baidu.com'),
            get_data(session, 'http://www.google.com'),
            get_data(session, 'http://www.bing.com'),
        )
asyncio.run(main())

在上面的示例中，我们首先定义了一个协程函数 get_data()，接着在 main() 函数中使用 asyncio.gather() 函数来启动多个协程任务，并使用 aiohttp 库来进行数据抓取，从而提高数据获取的效率。

2.2 异步编程应用

在异步编程过程中，可以使用协程对象来管理异步任务，从而实现非阻塞式的操作。

下面是一个简单的异步编程示例，在异步操作中让一个协程暂停一段时间后再继续执行：


import asyncio
async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")
async def main():
    await asyncio.gather(hello(), hello(), hello())
asyncio.run(main())

在上面的示例中，我们首先定义了一个协程函数 hello()，在该函数中使用 await asyncio.sleep() 函数来实现协程暂停一段时间的操作。接着，在 main() 函数中使用 asyncio.gather() 函数来启动多个协程任务，从而实现非阻塞式的操作。

2.3 GUI 应用

在 GUI 应用中，协程对象可以用来进行 GUI 界面的更新，从而提升用户体验。

下面是一个简单的 GUI 应用示例，在应用中使用协程对象来实现 GUI 界面的更新：


import asyncio
import tkinter as tk
def update_label(label):
    async def coro():
        while True:
            label.config(text=str(int(label.cget("text")) + 1))
            await asyncio.sleep(0.1)
    return asyncio.create_task(coro())
async def main():
    root = tk.Tk()
    label = tk.Label(root, text="0")
    label.pack()
    task = update_label(label)
    root.mainloop()
    task.cancel()
    await task
asyncio.run(main())

在上面的示例中，我们首先定义了一个 update_label() 函数，该函数返回一个协程任务，使用 create_task() 函数来创建一个协程任务。在协程任务中使用 asyncio.sleep() 函数来实现时间的暂停操作，达到实现 GUI 界面更新的效果。接着在 main() 函数中调用该函数，同时运行事件循环，以实现 GUI 界面的更新操作。

3. functools 模块中的协程函数

Python 中的 functools 模块中提供了一些用于协程的辅助函数，常见的几个函数如下所示：

3.1 asyncio.create_task()

asyncio.create_task(coro) 用于创建一个协程任务，将协程对象交给事件循环执行。该函数的返回值是一个 Task 对象，表示已经启动的协程任务。

3.2 asyncio.ensure_future()

asyncio.ensure_future(coro) 用于将一个协程对象转换成一个 Future 对象，并将其注册到事件循环中。该函数的作用与 asyncio.create_task() 相同，不过它返回的对象是一个 Future 对象。

3.3 functools.partial()

functools.partial(func, *args, **kwargs) 用于部分传参，在原有函数的基础上生成一个新的函数，可以通过该函数传递部分参数来调用原有函数。

4. 总结

协程是一种应用广泛的异步编程技术，在 Python 中使用协程可以实现非抢占式多任务、数据抓取和处理、GUI 界面更新等遇到异步编程的场景。Python 的协程是基于生成器来实现的，通过 async 关键字和 await 表达式来定义和执行协程函数。在执行协程时，需要使用事件循环调度协程任务。functools 模块中提供了一些用于协程的辅助函数，常见的包括 asyncio.create_task()、asyncio.ensure_future() 和 functools.partial()。

Python中的协程详解