Python自动化运维之协程函数赋值过程

一、协程

1.1 协程的概念

协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。一句话说明什么是线程：协程是一种用户态的轻量级线程。（其实并没有说明白~）那么这么来理解协程比较容易： 

线程是系统级别的，它们是由操作系统调度；协程是程序级别的，由程序员根据需要自己调度。我们把一个线程中的一个个函数叫做子程序，那么子程序在执行过程中可以中断去执行别的子程序；别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序，这就是协程。也就是说同一线程下的一段代码执行着执行着就可以中断，然后跳去执行另一段代码，当再次回来执行代码块的时候，接着从之前中断的地方开始执行。

比较专业的理解是：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。

1.2 协程的优缺点

协程的优点：（1）无需线程上下文切换的开销，协程避免了无意义的调度，由此可以提高性能（但也因此，程序员必须自己承担调度的责任，同时，协程也失去了标准线程使用多CPU的能力）（2）无需原子操作锁定及同步的开销（3）方便切换控制流，简化编程模型（4）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。

协程的缺点：（1）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。（2）进行阻塞（Blocking）操作（如IO时）会阻塞掉整个程序

二、Python中如何实现协程

2.1 yield实现协程

前文所述“子程序（函数）在执行过程中可以中断去执行别的子程序；别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序”，那么很容易想到Python的yield，显然yield是可以实现这种切换的。

def eater(name):    print("%s eat food" %name)    while True:        food = yield    print("done")g = eater("gangdan")print(g)

执行结果：

由执行结果可以证明g现在就是生成器函数

2.2 协程函数赋值过程

用的是yield的表达式形式，要先运行next()，让函数初始化并停在yield，然后再send() ，send会在触发下一次代码的执行时，给yield赋值

next()和send() 都是让函数在上次暂停的位置继续运行：

def creater(name):    print('%s start to eat food' %name)    food_list = []    while True:        food = yield food_list        print('%s get %s ,to start eat' %(name,food))        food_list.append(food)# 获取生成器builder = creater('tom')# 现在是运行函数，让函数初始化next(builder)print(builder.send('包子'))print(builder.send('骨头'))print(builder.send('菜汤'))

运行结果：

tom start to eat foodtom get 包子 ,to start eat['包子']tom get 骨头 ,to start eat['包子', '骨头']tom get 菜汤 ,to start eat['包子', '骨头', '菜汤']

需要注意的是每次都需要先运行next()函数，让程序停留在yield位置。

如果有多个这样的函数都需要执行next()函数，让程序停留在yield位置。为了防止忘记初始化next操作，需要用到装饰器来解决此问题。

def init(func):    def wrapper(*args,**kwargs):        builder = func(*args,**kwargs)        next(builder)    # 这个地方是关键可以使用builder.send("None")，第一次必须传入None。        return builder    return wrapper@initdef creater(name):    print('%s start to eat food' %name)    food_list = []    while True:        food = yield food_list        print('%s get %s ,to start eat' %(name,food))        food_list.append(food)# 获取生成器builder = creater("tom")# 现在是直接运行函数，无须再函数初始化print(builder.send('包子'))print(builder.send('骨头'))print(builder.send('菜汤'))

执行结果：

tom start to eat foodtom get 包子 ,to start eat['包子']tom get 骨头 ,to start eat['包子', '骨头']tom get 菜汤 ,to start eat['包子', '骨头', '菜汤']

2.3 协程函数简单应用

请给Tom投喂食物：

def init(func):    def wrapper(*args,**kwargs):        builder = func(*args,**kwargs)        next(builder)        return builder    return wrapper@initdef creater(name):    print('%s start to eat food' %name)    food_list = []    while True:        food = yield food_list        print('%s get %s ,to start eat' %(name,food))        food_list.append(food)def food():    builder = creater("Tom")    while True:        food = input("请给Tom投喂食物：").strip()        if food == "q":            print("投喂结束")            return 0        else:            builder.send(food)if __name__ == '__main__':    food()

执行结果：

Tom start to eat food请给Tom投喂食物：骨头Tom get 骨头 ,to start eat请给Tom投喂食物：菜汤Tom get 菜汤 ,to start eat请给Tom投喂食物：q投喂结束

2.4 协程函数的应用

实现linux中"grep -rl error <目录>"命令，过滤一个文件下的子文件、字文件夹的内容中的相应的内容的功能程序。

首先了解一个OS模块中的walk方法,能够把参数中的路径下的文件夹打开并返回一个元组。

>>> import os # 导入模块>>> os.walk(r"E:Pythonscript") #使用r 是让字符串中的符号没有特殊意义，针对的是转义>>> g = os.walk(r"E:Pythonscript")>>> next(g)('E:\Python\script', ['.idea', '函数'], [])

返回的是一个元组，第一个元素是文件的路径，第二个是文件夹，第三个是该路径下的文件。

这里需要用到一个写程序的思想：面向过程编程。

三、面向过程编程

面向过程：核心是过程二字，过程及即解决问题的步骤，基于面向过程设计程序就是一条工业流水线，是一种机械式的思维方式。流水线式的编程思想，在设计程序时，需要把整个流程设计出来。

优点：1：体系结构更加清晰2：简化程序的复杂度

缺点：可扩展性极其的差，所以说面向过程的应用场景是：不需要经常变化的软件，如：linux内核，httpd，git等软件下面就根据面向过程的思想完成协程函数应用中的功能。

目录结构：

test├── aa│   ├── bb1│    │    └── file2.txt│   └── bb2│       └── file3.txt└─ file1.txt文件内容：file1.txt：error123file2.txt：123file3.txt：123error

程序流程：第一阶段：找到所有文件的绝对路径第二阶段：打开文件第三阶段：循环读取每一行第四阶段：过滤“error”第五阶段：打印该行属于的文件名第一阶段：找到所有文件的绝对路径

g是一个生成器，就能够用next()执行，每次next就是运行一次，这里的运行结果是依次打开文件的路径：

>>> import os>>> g = os.walk(r"E:Pythonscript函数  est")>>> next(g)('E:\Python\script\函数\test', ['aa'], [])>>> next(g)('E:\Python\script\函数\test\aa', ['bb1', 'bb2'], ['file1.txt'])>>> next(g)('E:\Python\script\函数\test\aa\bb1', [], ['file2.txt'])>>> next(g)('E:\Python\script\函数\test\aa\bb2', [], ['file3.txt'])>>> next(g)Traceback (most recent call last):  File "", line 1, in StopIteration

我们在打开文件的时候需要找到文件的绝对路径，现在可以通过字符串拼接的方法把第一部分和第三部分进行拼接。

用循环打开：

import osdir_g = os.walk(r"E:Pythonscript函数  est")for dir_path in dir_g:    print(dir_path)

结果：

('E:\Python\script\函数\test', ['aa'], [])('E:\Python\script\函数\test\aa', ['bb1', 'bb2'], ['file1.txt'])('E:\Python\script\函数\test\aa\bb1', [], ['file2.txt'])('E:\Python\script\函数\test\aa\bb2', [], ['file3.txt'])

将查询出来的文件和路径进行拼接，拼接成绝对路径

import osdir_g = os.walk(r"E:Pythonscript函数  est")for dir_path in dir_g:    for file in dir_path[2]:        file = "%s\%s" %(dir_path[0],file)        print(file)

执行结果：

E:Pythonscript函数testaaile1.txtE:Pythonscript函数testaab1ile2.txtE:Pythonscript函数testaab2ile3.txt

用函数实现:

import osdef search():    while True:        dir_name = yield        dir_g = os.walk(dir_name)        for dir_path in dir_g:            for file in dir_path[2]:                file = "%s\%s" %(dir_path[0],file)                print(file)g = search()next(g)g.send(r"E:Pythonscript函数  est")

为了把结果返回给下一流程

@init   # 初始化生成器def search(target):    while True:        dir_name = yield        dir_g = os.walk(dir_name)        for pardir,_,files in dir_g:            for file in files:                abspath = r"%s%s" %(pardir,file)                target.send(abspath)

第二阶段：打开文件

@initdef opener(target):    while True:        abspath=yield        with open(abspath,'rb') as f:            target.send((abspath,f))

第三阶段：循环读出每一行内容

@initdef cat(target):    while True:        abspath,f=yield #(abspath,f)        for line in f:            res=target.send((abspath,line))            if res:break

第四阶段：过滤

@initdef grep(pattern,target):    tag=False    while True:        abspath,line=yield tag        tag=False        if pattern in line:            target.send(abspath)            tag=True

第五阶段：打印该行属于的文件名

@initdef printer():    while True:        abspath=yield        print(abspath)g = search(opener(cat(grep('error'.encode('utf-8'), printer()))))g.send(r'E:Pythonscript函数  est')

执行结果：

E:Pythonscript函数testaaile1.txtE:Pythonscript函数testaab2ile3.txt