Python 协程

1. 协程的概念

协程是一种 用户态的轻量级线程，它与线程类似可以执行任务，但更轻量、不依赖操作系统线程。Python 协程通过 async/await 关键字实现。

特点：

1. 非阻塞：协程可以在等待 I/O 时暂停自己，让出执行权，其他协程可以继续执行。
2. 单线程内实现高并发：不像多线程多进程，需要线程切换开销，协程切换开销极小。
3. 协作式调度：协程主动“让出”执行权，而不是操作系统强制切换。

通俗理解：

• 线程是“抢资源做事”，操作系统说谁先运行就先运行。
• 协程是“按顺序做事”，任务自己说什么时候暂停，什么时候继续。

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2. Python 协程基础

2.1 定义协程

Python 3.5+ 使用 async def 定义协程函数：

import asyncio

async def say_hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作
    print("World")

这里的 await 表示挂起协程，等待某个异步操作完成。

2.2 调用协程

协程函数本身不会立即执行，需要通过事件循环运行：

asyncio.run(say_hello())

事件循环（Event Loop）是协程运行的核心，它负责调度协程的执行和挂起。

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3. 协程 vs 线程 vs 同步 I/O

特性	同步	线程	协程
并发方式	串行	并行/并发	并发
I/O阻塞	会阻塞	不阻塞	不阻塞
开销	小	大	很小
切换方式	N/A	系统调度	协作调度

例子对比（异步下载多个网页）：

• 同步：

def download(url):
    # 阻塞 I/O
    pass

for url in urls:
    download(url)

• 协程：

async def download(url):
    await aiohttp.get(url)  # 非阻塞

协程可以在等待网络请求时执行其他任务，提高效率。

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4. asyncio 库核心概念

1. 协程函数：用 async def 定义。
2. Task：任务对象，包装协程，交给事件循环执行。
3. 事件循环：调度所有协程任务。
4. Future：表示异步操作的最终结果。

示例：

import asyncio

async def task(name, delay):
    print(f"{name} 开始")
    await asyncio.sleep(delay)
    print(f"{name} 结束")
    return f"{name} result"

async def main():
    t1 = asyncio.create_task(task("A", 2))
    t2 = asyncio.create_task(task("B", 1))
    
    results = await asyncio.gather(t1, t2)
    print(results)

asyncio.run(main())

输出顺序：

A 开始
B 开始
B 结束
A 结束
['A result', 'B result']

解释：

• 协程 A 和 B 并发执行。
• B 耗时更短，所以先结束。

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5. 使用协程的场景

1. 高并发 I/O 密集型任务：Web 服务、爬虫、网络请求。
2. 异步操作：数据库查询、文件读写、网络通信。
3. GUI、游戏循环：避免阻塞界面。

注意：

• 协程不适合 CPU 密集型任务，计算密集型任务仍需多线程或多进程。

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6. 小结

• 协程 = 用户态轻量线程，靠 await 挂起和恢复。
• Python 协程基于 asyncio，核心是事件循环。
• 协程非常适合 高并发 I/O 场景。
• 学好协程，可以写出既高效又轻量的网络程序。