用yield實現協程
來自專欄 Python與數據分析
上一篇 理解python中的yield關鍵字 介紹了使用yeld實現生成器函數，這一篇我們來繼續深入的了解一下yield，用yield實現協程。
先來解答一下上一篇留下的問題：下面的代碼為什麼第二次調用next列印None呢？
def echo(n): while True: n = yield ng = echo(1)print(next(g))print(next(g))
事實是這樣的，yield語句默認返回None。當第一次調用next方法時，生成器函數開始執行，執行到yield表達式為止，但此時賦值操作並為執行。上面的代碼中，在第一次調用next的時候，echo生成了1。第二次調用next的時候，yield表達式的值賦給了n，n此時變成None了，再次yield n的時候就自然生成None了。
好了，接下來開始本文的主題。
什麼是協程
引用官方的說法：
協程是一種用戶態的輕量級線程，協程的調度完全由用戶控制。協程擁有自己的寄存器上下文和棧。協程調度切換時，將寄存器上下文和棧保存到其他地方，在切回來的時候，恢復先前保存的寄存器上下文和棧，直接操作棧則基本沒有內核切換的開銷，可以不加鎖的訪問全局變數，所以上下文的切換非常快。
與線程相比，協程更輕量。一個Python線程大概佔用8M內存，而一個協程只佔用1KB不到內存。協程更適用於IO密集型的應用。
在講述協程的實現前，我們有必要先來看一下send方法。
send方法
yield表達式有一個返回值，send方法的作用就是控制這個返回值，send的參數就是yield表達式的返回值。我們來看一下官方文檔上關於send的定義
generate.send(value)：
生成器的send(value)方法會將value值「發送」給生成器中的方法。value參數變成當前yield表達式的值。send()方法會返回生成器生成的下一個yield值或者StopIteration異常（如果生成器沒有生成下一個yield值就退出了）。當通過調用send()啟動生成器時，value值必須為None，因為當前還沒有yield表達式可以接收參數。
是不是看暈了？我們來看一個例子
def func(): while True: print("before yield") x = yield print("after yield:",x)g = func()next(g) # 程序運行到yield並停在該處,等待下一個nextg.send(1) # 給yield發送值1,這個值被賦值給了x，並且列印出來,然後繼續下一次循環停在yield處g.send(2) # 給yield發送值2,這個值被賦值給了x，並且列印出來,然後繼續下一次循環停在yield處next(g) # 沒有給x賦值，執行print語句，列印出None,繼續循環停在yield處
上面的代碼輸出
before yieldafter yield: 1before yieldafter yield: 2before yieldafter yield: Nonebefore yield
第一次調用next的時候，程序從函數最開始處運行，列印出
before yield
執行到yield處，停在該處。
接下來，向生成器send(1)。send在這裡起到兩個作用，一個是將參數值賦給yield的返回值，然後該返回值賦給了變數x；一個是繼續程序的執行，直到下一次遇到yield停下來。第二個功能和next類似。其實，next 就相當於 send(None) 。
執行了 send(1) 後，x被賦值給yield的返回值，即send的參數1，並繼續往下執行，列印出了
after yield: 1
繼續執行，回到循環的開始，向下執行，列印出
before yield
再次遇到yield，停在該處，等待下一次send或next的調用。
向生成器send(2)。這裡的步驟和 send(1) 相同，列印出下面兩條後，在yield處停住。
after yield: 2
before yield
執行 next(g)，x被賦值為yield表達式的返回值，也就是None，繼續向下執行，列印出
after yield: None
再次回到循環的開始，向下執行，列印出
before yield
程序運行結束。
現在是不是有點理解send了？
yield和send實現Python協程
我們來用協程實現一個生產者/消費者的例子
import timedef consume(): r = while True: n = yield r if not n: return print([consumer] consuming %s... % n) time.sleep(1) r = well receiveddef produce(c): next(c) n = 0 while n < 5: n = n + 1 print([producer] producing %s... % n) r = c.send(n) print([producer] consumer return: %s % r) c.close()if __name__==__main__: c = consume() produce(c)
運行上面的程序，會輸出
[producer] producing 1...[consumer] consuming 1...[producer] consumer return: well received[producer] producing 2...[consumer] consuming 2...[producer] consumer return: well received[producer] producing 3...[consumer] consuming 3...[producer] consumer return: well received[producer] producing 4...[consumer] consuming 4...[producer] consumer return: well received[producer] producing 5...[consumer] consuming 5...[producer] consumer return: well received
produce函數負責生產數據，consume函數負責消費數據。具體執行過程如下：
- 首先調用consume函數，consume函數的返回是一個生成器，把這個生成器傳入produce函數。
- produce函數中調用next(c)啟動生成器。
- 計算 n = n+1 生成數據，一旦生產了數據，調用 c.send(n) 切換到consume執行。
- consume函數中拿到數據後賦值給n，繼續執行yield後面的語句。
- consume函數中列印消費的數據，並設置返回值r，又回到循環的開始，通過yield把結果傳回。
- produce拿到consume返回的值，繼續生產下一個數據。
- 5個數據生產完畢後，循環結束，通過c.close()關閉consume，結束全過程。
produce和consume函數在一個線程內執行，通過調用send方法和yield互相切換，實現協程的功能。
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