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# 协程
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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）。
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**与线程/进程对比**：
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- **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
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- **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
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- **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
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**核心优势**：
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- **高并发**：单线程可处理数千级并发连接（如 Web 服务器）
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- **无锁机制**：避免多线程同步问题（如死锁、竞态条件）
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- **代码简洁**：用同步语法写异步逻辑，避免回调地狱
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# 实现方式
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## 生成器函数
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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
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```python
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def simple_coroutine():
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print("协程启动")
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x = yield # 暂停点，等待外部传入值
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print(f"接收值: {x}")
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coro = simple_coroutine()
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next(coro) # 启动协程，执行到第一个 yield
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coro.send(10) # 恢复执行，x 赋值为 10
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```
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## async/await
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通过 asyncio 库实现异步编程
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```python
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import asyncio
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async def fetch_data(url):
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print(f"请求 {url}")
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await asyncio.sleep(1) # 挂起协程，让出控制权给事件循环，模拟异步等待
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return f"来自 {url} 的数据"
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async def main():
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tasks = [fetch_data("url1"), fetch_data("url2")]
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results = await asyncio.gather(*tasks) # 实现多任务并发调度：并发执行
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print(results)
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if __name__ == "__main__":
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asyncio.run(main())
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```
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# 基本语法
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**定义协程函数**
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使用 `async def` 声明协程函数
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```python
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import asyncio
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async def my_coroutine():
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print("协程开始")
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await asyncio.sleep(1) # 模拟 I/O 操作
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print("协程结束")
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```
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**运行协程**
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协程需要通过**事件循环**执行
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```python
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async def main():
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await my_coroutine() # 等待协程完成
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if __name__ == "__main__":
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asyncio.run(main())
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```
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# 事件循环
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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
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```python
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import asyncio
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async def task1():
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print("任务1开始")
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await asyncio.sleep(2)
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print("任务1结束")
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async def task2():
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print("任务2开始")
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await asyncio.sleep(1)
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print("任务2结束")
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async def main():
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await asyncio.gather(task1(), task2()) # 并发执行多个协程
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if __name__ == "__main__":
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asyncio.run(main())
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```
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# 进阶用法
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## 任务
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将协程封装为任务，更灵活地控制执行
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```python
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async def main():
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task = asyncio.create_task(my_coroutine()) # 创建任务
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await task # 等待任务完成
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```
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## 超时控制
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设置协程执行的超时时间
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```python
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async def slow_task():
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await asyncio.sleep(10)
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async def main():
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try:
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await asyncio.wait_for(slow_task(), timeout=3)
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except asyncio.TimeoutError:
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print("任务超时")
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```
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## 协程同步
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使用锁 `Lock` 保护共享资源
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```python
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lock = asyncio.Lock()
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async def safe_write():
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async with lock: # 异步上下文管理器
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# 安全地操作共享资源
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pass
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# 课后作业
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- [必须] 动手完成本章节案例
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- [扩展] 阅读官方文档相关章节
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- [扩展] 用协程实现进程章节的爬虫案例 |