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Python网络编程学习_day11

2024-08-28 15:37:05   223人阅读

一、协程

1.理论知识

协程，又称伪线程，是一种用户态的轻量级线程。

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。因此：协程能保留上一次调用时的状态（即所有局部状态的一个特定组合），每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态，换种说法：进入上一次离开时所处逻辑流的位置。

优点：

  • 无需线程上下文切换的开销
  • 无需原子操作锁定及同步的开销
    • 　　"原子操作(atomic operation)是不需要synchronized"，所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序是不可以被打乱，或者切割掉只执行部分。视作整体是原子性的核心。
  • 方便切换控制流，简化编程模型
  • 高并发+高扩展性+低成本：一个CPU支持上万的协程都不是问题。所以很适合用于高并发处理。

缺点：

  • 无法利用多核资源：协程的本质是个单线程,它不能同时将 单个CPU 的多个核用上,协程需要和进程配合才能运行在多CPU上.当然我们日常所编写的绝大部分应用都没有这个必要，除非是cpu密集型应用。
  • 进行阻塞（Blocking）操作（如IO时）会阻塞掉整个程序

协程满足条件：

  1. 必须在只有一个单线程里实现并发
  2. 修改共享数据不需加锁
  3. 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
  4. 一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程

2.代码实例

Gevent 是一个第三方库，可以轻松通过gevent实现并发同步或异步编程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C扩展模块形式接入Python的轻量级协程。 Greenlet全部运行在主程序操作系统进程的内部，但它们被协作式地调度。

 1 import gevent
 2 def func1():
 3     print(‘\033[31;1m李闯在跟海涛搞...\033[0m‘)
 4     gevent.sleep(2)
 5     print(‘\033[31;1m李闯又回去跟继续跟海涛搞...\033[0m‘)
 6 
 7 
 8 def func2():
 9     print(‘\033[32;1m李闯切换到了跟海龙搞...\033[0m‘)
10     gevent.sleep(1)
11     print(‘\033[32;1m李闯搞完了海涛，回来继续跟海龙搞...\033[0m‘)
12 
13 def func3():
14     print("33333")
15     gevent.sleep(1)
16     print("4444")
17 
18 gevent.joinall([
19     gevent.spawn(func1),
20     gevent.spawn(func2),
21     gevent.spawn(func3),
22 ])
输出结果：

李闯在跟海涛搞...
李闯切换到了跟海龙搞...
33333
李闯搞完了海涛，回来继续跟海龙搞...
4444
李闯又回去跟继续跟海涛搞...

3.同步与异步的性能区别

import gevent
 
def task(pid):
    """
    Some non-deterministic task
    """
    gevent.sleep(0.5)
    print(‘Task %s done‘ % pid)
 
def synchronous():
    for i in range(1,10):
        task(i)
 
def asynchronous():
    threads = [gevent.spawn(task, i) for i in range(10)]
    gevent.joinall(threads)
 
print(‘Synchronous:‘)
synchronous()
 
print(‘Asynchronous:‘)
asynchronous()

4.遇到IO阻塞自动切换任务（爬虫实例）

 

 1 import gevent
 2 from gevent import monkey
 3 monkey.patch_all()
 4 from  urllib.request import urlopen
 5 import time
 6 
 7 def pa_web_page(url):
 8     print("GET url",url)
 9     req = urlopen(url)
10     data =http://www.mamicode.com/req.read()
11     print(data)
12     print(‘%d bytes received from %s.‘ % (len(data), url))
13 
14 t_start = time.time()
15 pa_web_page("http://www.autohome.com.cn/beijing/")
16 pa_web_page("http://www.xiaohuar.com/")
17 print("time cost:",time.time()-t_start)
18 
19 t2_start = time.time()
20 gevent.joinall([
21         #gevent.spawn(pa_web_page, ‘https://www.python.org/‘),
22         gevent.spawn(pa_web_page, ‘http://www.autohome.com.cn/beijing/‘),
23         gevent.spawn(pa_web_page, ‘http://www.xiaohuar.com/‘),
24         #gevent.spawn(pa_web_page, ‘https://github.com/‘),
25 ])
26 print("time cost t2:",time.time()-t2_start)

二、事件驱动与异步IO

事件驱动编程是一种编程范式，这里程序的执行流由外部事件来决定。它的特点是包含一个事件循环，当外部事件发生时使用回调机制来触发相应的处理。另外两种常见的编程范式是（单线程）同步以及多线程编程。

在单线程同步模型中，任务按照顺序执行。如果某个任务因为I/O而阻塞，其他所有的任务都必须等待，直到它完成之后它们才能依次执行。这种明确的执行顺序和串行化处理的行为是很容易推断得出的。如果任务之间并没有互相依赖的关系，但仍然需要互相等待的话这就使得程序不必要的降低了运行速度。

在多线程版本中，这3个任务分别在独立的线程中执行。这些线程由操作系统来管理，在多处理器系统上可以并行处理，或者在单处理器系统上交错执行。这使得当某个线程阻塞在某个资源的同时其他线程得以继续执行。与完成类似功能的同步程序相比，这种方式更有效率，但程序员必须写代码来保护共享资源，防止其被多个线程同时访问。多线程程序更加难以推断，因为这类程序不得不通过线程同步机制如锁、可重入函数、线程局部存储或者其他机制来处理线程安全问题，如果实现不当就会导致出现微妙且令人痛不欲生的bug。

在事件驱动版本的程序中，3个任务交错执行，但仍然在一个单独的线程控制中。当处理I/O或者其他昂贵的操作时，注册一个回调到事件循环中，然后当I/O操作完成时继续执行。回调描述了该如何处理某个事件。事件循环轮询所有的事件，当事件到来时将它们分配给等待处理事件的回调函数。这种方式让程序尽可能的得以执行而不需要用到额外的线程。事件驱动型程序比多线程程序更容易推断出行为，因为程序员不需要关心线程安全问题。

当我们面对如下的环境时，事件驱动模型通常是一个好的选择：

  1. 程序中有许多任务，而且…
  2. 任务之间高度独立（因此它们不需要互相通信，或者等待彼此）而且…
  3. 在等待事件到来时，某些任务会阻塞。

当应用程序需要在任务间共享可变的数据时，这也是一个不错的选择，因为这里不需要采用同步处理。

网络应用程序通常都有上述这些特点，这使得它们能够很好的契合事件驱动编程模型。

1.select多并发socket例子

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = ‘Alex Li‘
 3 
 4 import select
 5 import socket
 6 import sys
 7 import queue
 8 
 9 
10 server = socket.socket()
11 server.setblocking(0)
12 
13 server_addr = (‘localhost‘,10000)
14 
15 print(‘starting up on %s port %s‘ % server_addr)
16 server.bind(server_addr)
17 
18 server.listen(5)
19 
20 
21 inputs = [server, ] #自己也要监测呀,因为server本身也是个fd
22 outputs = []
23 
24 message_queues = {}
25 
26 while True:
27     print("waiting for next event...")
28 
29     readable, writeable, exeptional = select.select(inputs,outputs,inputs) #如果没有任何fd就绪,那程序就会一直阻塞在这里
30 
31     for s in readable: #每个s就是一个socket
32 
33         if s is server: #别忘记,上面我们server自己也当做一个fd放在了inputs列表里,传给了select,如果这个s是server,代表server这个fd就绪了,
34             #就是有活动了, 什么情况下它才有活动? 当然 是有新连接进来的时候 呀
35             #新连接进来了,接受这个连接
36             conn, client_addr = s.accept()
37             print("new connection from",client_addr)
38             conn.setblocking(0)
39             inputs.append(conn) #为了不阻塞整个程序,我们不会立刻在这里开始接收客户端发来的数据, 把它放到inputs里, 下一次loop时,这个新连接
40             #就会被交给select去监听,如果这个连接的客户端发来了数据 ,那这个连接的fd在server端就会变成就续的,select就会把这个连接返回,返回到
41             #readable 列表里,然后你就可以loop readable列表,取出这个连接,开始接收数据了, 下面就是这么干 的
42 
43             message_queues[conn] = queue.Queue() #接收到客户端的数据后,不立刻返回 ,暂存在队列里,以后发送
44 
45         else: #s不是server的话,那就只能是一个 与客户端建立的连接的fd了
46             #客户端的数据过来了,在这接收
47             data = http://www.mamicode.com/s.recv(1024)
48             if data:
49                 print("收到来自[%s]的数据:" % s.getpeername()[0], data)
50                 message_queues[s].put(data) #收到的数据先放到queue里,一会返回给客户端
51                 if s not  in outputs:
52                     outputs.append(s) #为了不影响处理与其它客户端的连接 , 这里不立刻返回数据给客户端
53 
54 
55             else:#如果收不到data代表什么呢? 代表客户端断开了呀
56                 print("客户端断开了",s)
57 
58                 if s in outputs:
59                     outputs.remove(s) #清理已断开的连接
60 
61                 inputs.remove(s) #清理已断开的连接
62 
63                 del message_queues[s] ##清理已断开的连接
64 
65 
66     for s in writeable:
67         try :
68             next_msg = message_queues[s].get_nowait()
69 
70         except queue.Empty:
71             print("client [%s]" %s.getpeername()[0], "queue is empty..")
72             outputs.remove(s)
73 
74         else:
75             print("sending msg to [%s]"%s.getpeername()[0], next_msg)
76             s.send(next_msg.upper())
77 
78 
79     for s in exeptional:
80         print("handling exception for ",s.getpeername())
81         inputs.remove(s)
82         if s in outputs:
83             outputs.remove(s)
84         s.close()
85 
86         del message_queues[s]
 1 import socket
 2 import sys
 3 
 4 messages = [ b‘This is the message. ‘,
 5              b‘It will be sent ‘,
 6              b‘in parts.‘,
 7              ]
 8 server_address = (‘localhost‘, 10000)
 9 
10 # Create a TCP/IP socket
11 socks = [ socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),
12           socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),
13           ]
14 
15 # Connect the socket to the port where the server is listening
16 print(‘connecting to %s port %s‘ % server_address)
17 for s in socks:
18     s.connect(server_address)
19 
20 for message in messages:
21 
22     # Send messages on both sockets
23     for s in socks:
24         print(‘%s: sending "%s"‘ % (s.getsockname(), message) )
25         s.send(message)
26 
27     # Read responses on both sockets
28     for s in socks:
29         data = http://www.mamicode.com/s.recv(1024)
30         print( ‘%s: received "%s"‘ % (s.getsockname(), data) )
31         if not data:
32             print(sys.stderr, ‘closing socket‘, s.getsockname() )
33 
34 select socket client

2.selectors模块

 1 import selectors
 2 import socket
 3 
 4 def accept(sock, mask):
 5     conn, addr = sock.accept()  # Should be ready
 6     print(‘accepted‘, conn, ‘from‘, addr)
 7     conn.setblocking(False)#非阻塞，或者设置为0
 8     sel.register(conn, selectors.EVENT_READ, read)
 9 def read(conn, mask):
10     try:
11         data = http://www.mamicode.com/conn.recv(1000)  # Should be ready
12         if data:
13             print(‘echoing‘, repr(data), ‘to‘, conn)
14             conn.send(data)  # Hope it won‘t block
15         else:
16             print(‘closing‘, conn)
17             sel.unregister(conn)
18             conn.close()
19     except ConnectionResetError as e:
20         sel.unregister(conn)
21 sock = socket.socket()
22 sock.bind((‘localhost‘, 10000))
23 sock.listen(100)
24 sock.setblocking(False)
25 
26 sel = selectors.DefaultSelector()#生成实例
27 sel.register(sock, selectors.EVENT_READ, accept)#注册sock连接，读事件，如果有请求调用accept
28 #select.select(inputs,outputs...)
29 while True:
30     events = sel.select() #如果没有事件，一直等待，返回列表
31     for key, mask in events: #有事件，循环events列表
32         callback = key.data #accept内存地址,发送数据后变成read内存地址
33         print("--->",key,mask)
34         callback(key.fileobj, mask)#fileobj是conn,
35         #fileobj=<socket.socket fd=220, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=(‘127.0.0.1‘, 10000)>,

三、RabbitMQ队列

1.安装

安装python rabbitMQ module 

pip install pika
or
easy_install pika
or
源码
  
https://pypi.python.org/pypi/pika

2.send端

 1 #!/usr/bin/env python
 2 import pika
 3  
 4 connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters(
 5                ‘localhost‘))
 6 channel = connection.channel()
 7  
 8 #声明queue
 9 channel.queue_declare(queue=‘hello‘)
10  
11 #n RabbitMQ a message can never be sent directly to the queue, it always needs to go through an exchange.
12 channel.basic_publish(exchange=‘‘,
13                       routing_key=‘hello‘,
14                       body=‘Hello World!‘)
15 print(" [x] Sent ‘Hello World!‘")
16 connection.close()

3.receive端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = ‘Alex Li‘
 3 import pika
 4  
 5 connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters(
 6                ‘localhost‘))
 7 channel = connection.channel()
 8  
 9  
10 #You may ask why we declare the queue again ? we have already declared it in our previous code.
11 # We could avoid that if we were sure that the queue already exists. For example if send.py program
12 #was run before. But we‘re not yet sure which program to run first. In such cases it‘s a good
13 # practice to repeat declaring the queue in both programs.
14 channel.queue_declare(queue=‘hello‘)
15  
16 def callback(ch, method, properties, body):
17     print(" [x] Received %r" % body)
18  
19 channel.basic_consume(callback,
20                       queue=‘hello‘,
21                       no_ack=True)
22  
23 print(‘ [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C‘)
24 channel.start_consuming()

 

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