1、前言
- 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
2、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
3、混乱的历史
3.1 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
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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。
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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 """ |
4、JavaScript 协程的进化
- 同步代码
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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。
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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 */ |
5、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。
5.1 协程(coroutine)
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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
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旧式基于
generator（生成器）的协程
5.2 任务(Task 对象)
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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。
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asyncio.Task从Future继承了其除Future.set_result()和Future.set_exception()以外的所有 API。
5.3 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。
5.4几种事件循环(event loop)
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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
例子：
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import asyncio import time async def exec(): await asyncio.sleep(2) print('exec') # 这种会和同步效果一直 # async def go(): # print(time.time()) # c1 = exec() # c2 = exec() # print(c1, c2) # await c1 # await c2 # print(time.time()) # 正确用法 async def go(): print(time.time()) await asyncio.gather(exec(),exec()) # 加入协程组统一调度 print(time.time()) if __name__ == "__main__": asyncio.run(go()) |
6、JavaScript 协程成熟体
6.1Promise 继续使用
Promise 本质是一个状态机，用于表示一个异步操作的最终完成 (或失败)， 及其结果值。它有三个状态：
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pending:初始状态，既不是成功，也不是失败状态。 -
fulfilled:意味着操作成功完成。 -
rejected: 意味着操作失败。
最终 Promise 会有两种状态，一种成功，一种失败，当 pending 变化的时候，Promise 对象会根据最终的状态调用不同的处理函数。
6.2 async、await语法糖
async、await 是对 Generator 和 Promise 组合的封装，使原先的异步代码在形式上更接近同步代码的写法，并且对错误处理/条件分支/异常堆栈/调试等操作更友好。
6.3 js 异步执行的运行机制
- 所有任务都在主线程上执行，形成一个执行栈。
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主线程之外，还存在一个"任务队列"（
task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。 - 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"。那些对应的异步任务，结束等待状态，进入执行栈并开始执行。
遇到同步任务直接执行，遇到异步任务分类为宏任务（macro-task）和微任务（micro-task）。
当前执行栈执行完毕时会立刻先处理所有微任务队列中的事件，然后再去宏任务队列中取出一个事件。同一次事件循环中，微任务永远在宏任务之前执行。
例子：
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var sleep = function (time) { console.log("sleep start") return new Promise(function (resolve, reject) { setTimeout(function () { resolve(); }, time); }); }; async function exec() { await sleep(2000); console.log("sleep end") } async function go() { console.log(Date.now()) c1 = exec() console.log("-------1") c2 = exec() console.log(c1, c2) await c1; console.log("-------2") await c2; console.log(c1, c2) console.log(Date.now()) } go(); |
6.4 event loop 将任务划分
主线程循环从"任务队列"中读取事件
宏队列（macro task）js 同步执行的代码块，setTimeout、setInterval、XMLHttprequest、setImmediate、I/O、UI rendering等，本质是参与了事件循环的任务
微队列（micro task）Promise、process.nextTick（node环境）、Object.observe， MutationObserver等，本质是直接在 Javascript 引擎中的执行的没有参与事件循环的任务
扩展阅读 Node.js 中的 EventLoop (Javascript 运营机制详解再浅谈 Event Loop)
7、总结与对比
| 说明 | python | JavaScript | 点评 |
|---|---|---|---|
| 进程 | 单进程 | 单进程 | 一致 |
| 中断/恢复 | yield,yield from,next,send | yield,next | 基本相同，但 JavaScript 对 send 没啥需求 |
| 未来对象(回调包装) | Futures | Promise | 解决 callback，思路相同 |
| 生成器 | generator | Generator | 将 yield 封装为协程Coroutine，思路一样 |
| 成熟后关键词 | async、await | async、await | 关键词支持，一毛一样 |
| 事件循环 | asyncio 应用的核心。事件循环会运行异步任务和回调，执行网络 IO 操作，以及运行子进程。asyncio 库支持的 API 较多，可控性高 | 基于浏览器环境基本是黑盒，外部基本无法控制，对任务有做优先级分类，调度方式有区别 | 这里有很大区别，运行环境不同，对任务的调度先后不同，Python 可能和 Node.js 关于事件循环的可比性更高些，这里还需需要继续学习 |
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原文链接：https://developer.51cto.com/art/202109/682489.htm
