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Python 协程与 JavaScript 协程的比较

前言 以前没怎么接触前端,对 JavaScript 的异步操作不了解,现在有了点了解。一查发现 Python 和 JavaScript 的协程发展史简直就是一毛一样! 这里大致做下横向对比和总结,便于对这两个语言有兴趣的新人理解和吸收。 共同诉求 随着 cpu 多核化,都需要实

前言
以前没怎么接触前端,对 JavaScript 的异步操作不了解,现在有了点了解。一查发现 Python 和 JavaScript 的协程发展史简直就是一毛一样!
 
这里大致做下横向对比和总结,便于对这两个语言有兴趣的新人理解和吸收。
 
共同诉求
 随着 cpu 多核化,都需要实现由于自身历史原因(单线程环境)下的并发功能
 简化代码,避免回调地狱,关键字支持
 有效利用操作系统资源和硬件:协程相比线程,占用资源更少,上下文更快
什么是协程?
总结一句话,协程就是满足下面条件的函数:
 
 可以暂停执行(暂停的表达式称为暂停点)
 可以从挂起点恢复(保留其原始参数和局部变量)
 事件循环是异步编程的底层基石
混乱的历史
Python 协程的进化
 Python2.2 中,第一次引入了生成器
 Python2.5 中,yield 关键字被加入到语法中
 Python3.4 时有了 yield from(yield from 约等于 yield + 异常处理 + send), 并试验性引入的异步 I/O 框架 asyncio(PEP 3156)
 Python3.5 中新增了 async/await 语法(PEP 492)
 Python3.6 中 asyncio 库"转正" (之后的官方文档就清晰了很多)
在主线发展过程中,也出现了很多支线的协程实现如 Gevent。
 
def foo():  
    print("foo start")  
    a = yield 1  
    print("foo a", a)  
    yield 2  
    yield 3  
    print("foo end")  
gen = foo()  
# print(gen.next())  
# gen.send("a")  
# print(gen.next())  
# print(foo().next())  
# print(foo().next())  
# 在python3.x版本中,python2.x的g.next()函数已经更名为g.__next__(),使用next(g)也能达到相同效果。  
# next()跟send()不同的地方是,next()只能以None作为参数传递,而send()可以传递yield的值.  
print(next(gen))  
print(gen.send("a"))  
print(next(gen))  
print(next(foo()))  
print(next(foo()))  
list(foo())  
"""  
foo start  
1  
foo a a  
2  
3  
foo start  
1  
foo start  
1  
foo start  
foo a None  
foo end  
"""
JavaScript 协程的进化
 同步代码
 异步 JavaScript: callback hell
 ES6 引入 Promise/a+, 生成器 Generators(语法 function foo(){}* 可以赋予函数执行暂停/保存上下文/恢复执行状态的功能), 新关键词 yield 使生成器函数暂停。
 ES7 引入 async函数/await语法糖,async 可以声明一个异步函数(将 Generator 函数和自动执行器,包装在一个函数里),此函数需要返回一个 Promise 对象。await 可以等待一个 Promise 对象 resolve,并拿到结果
Promise 中也利用了回调函数。在 then 和 catch 方法中都传入了一个回调函数,分别在 Promise 被满足和被拒绝时执行,这样就就能让它能够被链接起来完成一系列任务。
 
总之就是把层层嵌套的 callback 变成 .then().then()…,从而使代码编写和阅读更直观。
 
生成器 Generator 的底层实现机制是协程 Coroutine。
 
function* foo() {  
    console.log("foo start")  
    a = yield 1;  
    console.log("foo a", a)  
    yield 2;  
    yield 3;  
    console.log("foo end")  
}  
const gen = foo();  
console.log(gen.next().value); // 1  
// gen.send("a") // http://www.voidcn.com/article/p-syzbwqht-bvv.html SpiderMonkey引擎支持 send 语法  
console.log(gen.next().value); // 2  
console.log(gen.next().value); // 3
console.log(foo().next().value); // 1  
console.log(foo().next().value); // 1  
/*  
foo start  
1  
foo a undefined  
2  
3  
foo start  
1  
foo start  
1  
*/
Python 协程成熟体
可等待对象可以在 await 语句中使用,可等待对象有三种主要类型:协程(coroutine), 任务(task) 和 Future。
 
协程(coroutine)
 协程函数:定义形式为 async def 的函数;
 协程对象:调用 协程函数 所返回的对象
 旧式基于 generator(生成器)的协程
任务(Task 对象):
 任务 被用来“并行的”调度协程, 当一个协程通过 asyncio.create_task() 等函数被封装为一个 任务,该协程会被自动调度执行
 Task 对象被用来在事件循环中运行协程。如果一个协程在等待一个 Future 对象,Task 对象会挂起该协程的执行并等待该 Future 对象完成。当该 Future 对象 完成,被打包的协程将恢复执行。
 事件循环使用协同日程调度: 一个事件循环每次运行一个 Task 对象。而一个 Task 对象会等待一个 Future 对象完成,该事件循环会运行其他 Task、回调或执行 IO 操作。
 asyncio.Task 从 Future 继承了其除 Future.set_result() 和 Future.set_exception() 以外的所有 API。
未来对象(Future):
 Future 对象用来链接 底层回调式代码 和高层异步/等待式代码。
 不用回调方法编写异步代码后,为了获取异步调用的结果,引入一个 Future 未来对象。Future 封装了与 loop 的交互行为,add_done_callback 方法向 epoll 注册回调函数,当 result 属性得到返回值后,会运行之前注册的回调函数,向上传递给 coroutine。
几种事件循环(event loop):
 libevent/libev:Gevent(greenlet + 前期 libevent,后期 libev)使用的网络库,广泛应用;
 tornado:tornado 框架自己实现的 IOLOOP;
 picoev:meinheld(greenlet+picoev)使用的网络库,小巧轻量,相较于 libevent 在数据结构和事件检测模型上做了改进,所以速度更快。但从 github 看起来已经年久失修,用的人不多。
 uvloop:Python3 时代的新起之秀。Guido 操刀打造了 asyncio 库,asyncio 可以配置可插拔的event loop,但需要满足相关的 API 要求,uvloop 继承自 libuv,将一些低层的结构体和函数用 Python 对象包装。目前 Sanic 框架基于这个库

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作者: dawei

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