# 协程

协程（Coroutine）是用户态的轻量级线程，由程序自身控制调度，通过协作式多任务实现并发。它能在单线程内挂起和恢复执行，无需操作系统介入，切换开销极小，尤其适合 ​​I/O 密集型任务​​（如网络请求、文件读写）。

**与线程/进程对比**：

- ​**​资源消耗**​​：协程内存占用更低（共享进程内存），线程需独立栈空间，进程资源消耗最大
- ​**​切换开销​**​：协程切换在用户态完成，速度极快；线程/进程切换依赖操作系统，开销较大
- **适用场景**​​：协程适合高并发 I/O 操作；线程适合 CPU 密集型任务；进程适合多核并行计算

**核心优势**：

- **高并发**​​：单线程可处理数千级并发连接（如 Web 服务器）
- **无锁机制​**​：避免多线程同步问题（如死锁、竞态条件）
- **代码简洁​**​：用同步语法写异步逻辑，避免回调地狱

# 实现方式

## 生成器函数

通过 yield 暂停执行并传递值：需要手动管理状态，适用简单场景

```python
def simple_coroutine():
    print("协程启动")
    x = yield  # 暂停点，等待外部传入值
    print(f"接收值: {x}")

coro = simple_coroutine()
next(coro)       # 启动协程，执行到第一个 yield
coro.send(10)    # 恢复执行，x 赋值为 10

```

## async/await

通过 asyncio 库实现异步编程

```python
import asyncio


async def fetch_data(url):
    print(f"请求 {url}")
    await asyncio.sleep(1)  # 挂起协程，让出控制权给事件循环，模拟异步等待
    return f"来自 {url} 的数据"


async def main():
    tasks = [fetch_data("url1"), fetch_data("url2")]
    results = await asyncio.gather(*tasks)  #  实现多任务并发调度：并发执行
    print(results)

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

```

# 基本语法

**定义协程函数**

使用 `async def` 声明协程函数

```python
import asyncio

async def my_coroutine():
    print("协程开始")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟 I/O 操作
    print("协程结束")

```

**运行协程**

协程需要通过**事件循环**执行

```python
async def main():
    await my_coroutine()  # 等待协程完成

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())
```

# 事件循环

事件循环是协程的调度核心，负责执行、切换和监控协程任务

```python
import asyncio


async def task1():
    print("任务1开始")
    await asyncio.sleep(2)
    print("任务1结束")


async def task2():
    print("任务2开始")
    await asyncio.sleep(1)
    print("任务2结束")


async def main():
    await asyncio.gather(task1(), task2())  # 并发执行多个协程


if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

```

# 进阶用法

## 任务

将协程封装为任务，更灵活地控制执行

```python
async def main():
    task = asyncio.create_task(my_coroutine())  # 创建任务
    await task  # 等待任务完成
```

## 超时控制

设置协程执行的超时时间

```python
async def slow_task():
    await asyncio.sleep(10)

async def main():
    try:
        await asyncio.wait_for(slow_task(), timeout=3)
    except asyncio.TimeoutError:
        print("任务超时")

```

## 协程同步

使用锁 `Lock` 保护共享资源

```python
lock = asyncio.Lock()

async def safe_write():
    async with lock:  # 异步上下文管理器
        # 安全地操作共享资源
        pass
```

# 课后作业

- [必须] 动手完成本章节案例
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