基于协程的 Python 网络库 gevent 介绍

（点击 上方蓝字 ，快速关注我们）

来源：思诚之道

www.bjhee.com/gevent.html

如有好文章投稿，请点击 → 这里了解详情

继续Python协程方面的介绍，这次要讲的是gevent，它是一个并发网络库。它的协程是基于greenlet的，并基于libev实现快速事件循环（Linux上是epoll，FreeBSD上是kqueue，Mac OS X上是select）。有了gevent，协程的使用将无比简单，你根本无须像greenlet一样显式的切换，每当一个协程阻塞时，程序将自动调度，gevent处理了所有的底层细节。让我们看个例子来感受下吧。

import gevent

def test1 () :

print 12

gevent . sleep ( 0 )

print 34

def test2 () :

print 56

gevent . sleep ( 0 )

print 78

gevent . joinall ([

gevent . spawn ( test1 ),

gevent . spawn ( test2 ),

])

解释下，”gevent.spawn()”方法会创建一个新的greenlet协程对象，并运行它。”gevent.joinall()”方法会等待所有传入的greenlet协程运行结束后再退出，这个方法可以接受一个”timeout”参数来设置超时时间，单位是秒。运行上面的程序，执行顺序如下：

1. 先进入协程test1，打印12

2. 遇到”gevent.sleep(0)”时，test1被阻塞，自动切换到协程test2，打印56

3. 之后test2被阻塞，这时test1阻塞已结束，自动切换回test1，打印34

4. 当test1运行完毕返回后，此时test2阻塞已结束，再自动切换回test2，打印78

5. 所有协程执行完毕，程序退出

所以，程序运行下来的输出就是：

12

56

34

78

注意，这里与 上一篇 greenlet中第一个例子运行的结果不一样，greenlet一个协程运行完后，必须显式切换，不然会返回其父协程。而在gevent中，一个协程运行完后，它会自动调度那些未完成的协程。

我们换一个更有意义的例子：

import gevent

import socket

urls = [ 'www.baidu.com' , 'www.gevent.org' , 'www.python.org' ]

jobs = [ gevent . spawn ( socket . gethostbyname , url ) for url in urls ]

gevent . joinall ( jobs , timeout = 5 )

print [ job . value for job in jobs ]

我们通过协程分别获取三个网站的IP地址，由于打开远程地址会引起IO阻塞，所以gevent会自动调度不同的协程。另外，我们可以通过协程对象的”value”属性，来获取协程函数的返回值。

猴子补丁 Monkey patching

细心的朋友们在运行上面例子时会发现，其实程序运行的时间同不用协程是一样的，是三个网站打开时间的总和。可是理论上协程是非阻塞的，那运行时间应该等于最长的那个网站打开时间呀？其实这是因为Python标准库里的socket是阻塞式的，DNS解析无法并发，包括像urllib库也一样，所以这种情况下用协程完全没意义。那怎么办？

一种方法是使用gevent下的socket模块，我们可以通过”from gevent import socket”来导入。不过更常用的方法是使用猴子布丁（Monkey patching）:

from gevent import monkey ; monkey . patch_socket ()

import gevent

import socket

urls = [ 'www.baidu.com' , 'www.gevent.org' , 'www.python.org' ]

jobs = [ gevent . spawn ( socket . gethostbyname , url ) for url in urls ]

gevent . joinall ( jobs , timeout = 5 )

print [ job . value for job in jobs ]

上述代码的第一行就是对socket标准库打上猴子补丁，此后socket标准库中的类和方法都会被替换成非阻塞式的，所有其他的代码都不用修改，这样协程的效率就真正体现出来了。Python中其它标准库也存在阻塞的情况，gevent提供了”monkey.patch_all()”方法将所有标准库都替换。

from gevent import monkey; monkey.patch_all()

使用猴子补丁褒贬不一，但是官网上还是建议使用”patch_all()”，而且在程序的第一行就执行。

获取协程状态

协程状态有已启动和已停止，分别可以用协程对象的”started”属性和”ready()”方法来判断。对于已停止的协程，可以用”successful()”方法来判断其是否成功运行且没抛异常。如果协程执行完有返回值，可以通过”value”属性来获取。另外，greenlet协程运行过程中发生的异常是不会被抛出到协程外的，因此需要用协程对象的”exception”属性来获取协程中的异常。下面的例子很好的演示了各种方法和属性的使用。

#coding:utf8

import gevent

def win () :

return 'You win!'

def fail () :

raise Exception ( 'You failed!' )

winner = gevent . spawn ( win )

loser = gevent . spawn ( fail )

print winner . started # True

print loser . started # True

# 在Greenlet中发生的异常，不会被抛到Greenlet外面。

# 控制台会打出Stacktrace，但程序不会停止

try :

gevent . joinall ([ winner , loser ])

except Exception as e :

# 这段永远不会被执行

print 'This will never be reached'

print winner . ready () # True

print loser . ready () # True

print winner . value # 'You win!'

print loser . value # None

print winner . successful () # True

print loser . successful () # False

# 这里可以通过raise loser.exception 或 loser.get()

# 来将协程中的异常抛出

print loser . exception

协程运行超时

之前我们讲过在”gevent.joinall()”方法中可以传入timeout参数来设置超时，我们也可以在全局范围内设置超时时间：

import gevent

from gevent import Timeout

timeout = Timeout ( 2 ) # 2 seconds

timeout . start ()

def wait () :

gevent . sleep ( 10 )

try :

gevent . spawn ( wait ). join ()

except Timeout :

print ( 'Could not complete' )

上例中，我们将超时设为2秒，此后所有协程的运行，如果超过两秒就会抛出”Timeout”异常。我们也可以将超时设置在with语句内，这样该设置只在with语句块中有效：

with Timeout ( 1 ) :

gevent . sleep ( 10 )

此外，我们可以指定超时所抛出的异常，来替换默认的”Timeout”异常。比如下例中超时就会抛出我们自定义的”TooLong”异常。

class TooLong ( Exception ) :

pass

with Timeout ( 1 , TooLong ) :

gevent . sleep ( 10 )

协程间通讯

greenlet协程间的异步通讯可以使用事件（Event）对象。该对象的”wait()”方法可以阻塞当前协程，而”set()”方法可以唤醒之前阻塞的协程。在下面的例子中，5个waiter协程都会等待事件evt，当setter协程在3秒后设置evt事件，所有的waiter协程即被唤醒。

#coding:utf8

import gevent

from gevent . event import Event

evt = Event ()

def setter () :

print 'Wait for me'

gevent . sleep ( 3 ) # 3秒后唤醒所有在evt上等待的协程

print "Ok, I'm done"

evt . set () # 唤醒

def waiter () :

print "I'll wait for you"

evt . wait () # 等待

print 'Finish waiting'

gevent . joinall ([

gevent . spawn ( setter ),

gevent . spawn ( waiter ),

gevent . spawn ( waiter ),

gevent . spawn ( waiter ),

gevent . spawn ( waiter ),

gevent . spawn ( waiter )

])

除了Event事件外，gevent还提供了AsyncResult事件，它可以在唤醒时传递消息。让我们将上例中的setter和waiter作如下改动:

from gevent . event import AsyncResult

aevt = AsyncResult ()

def setter () :

print 'Wait for me'

gevent . sleep ( 3 ) # 3秒后唤醒所有在evt上等待的协程

print "Ok, I'm done"

aevt . set ( 'Hello!' ) # 唤醒，并传递消息

def waiter () :

print ( "I'll wait for you" )

message = aevt . get () # 等待，并在唤醒时获取消息

print 'Got wake up message: %s' % message

队列 Queue

队列Queue的概念相信大家都知道，我们可以用它的put和get方法来存取队列中的元素。gevent的队列对象可以让greenlet协程之间安全的访问。运行下面的程序，你会看到3个消费者会分别消费队列中的产品，且消费过的产品不会被另一个消费者再取到：

import gevent

from gevent . queue import Queue

products = Queue ()

def consumer ( name ) :

while not products . empty () :

print '%s got product %s' % ( name , products . get ())

gevent . sleep ( 0 )

print '%s Quit'

def producer () :

for i in xrange ( 1 , 10 ) :

products . put ( i )

gevent . joinall ([

gevent . spawn ( producer ),

gevent . spawn ( consumer , 'steve' ),

gevent . spawn ( consumer , 'john' ),

gevent . spawn ( consumer , 'nancy' ),

])

put和get方法都是阻塞式的，它们都有非阻塞的版本：put_nowait和get_nowait。如果调用get方法时队列为空，则抛出”gevent.queue.Empty”异常。

信号量

信号量可以用来限制协程并发的个数。它有两个方法，acquire和release。顾名思义，acquire就是获取信号量，而release就是释放。当所有信号量都已被获取，那剩余的协程就只能等待任一协程释放信号量后才能得以运行：

import gevent

from gevent . coros import BoundedSemaphore

sem = BoundedSemaphore ( 2 )

def worker ( n ) :

sem . acquire ()

print ( 'Worker %i acquired semaphore' % n )

gevent . sleep ( 0 )

sem . release ()

print ( 'Worker %i released semaphore' % n )

gevent . joinall ([ gevent . spawn ( worker , i ) for i in xrange ( 0 , 6 )])

上面的例子中，我们初始化了”BoundedSemaphore”信号量，并将其个数定为2。所以同一个时间，只能有两个worker协程被调度。程序运行后的结果如下：

Worker 0 acquired semaphore

Worker 1 acquired semaphore

Worker 0 released semaphore

Worker 1 released semaphore

Worker 2 acquired semaphore

Worker 3 acquired semaphore

Worker 2 released semaphore

Worker 3 released semaphore

Worker 4 acquired semaphore

Worker 4 released semaphore

Worker 5 acquired semaphore

Worker 5 released semaphore

如果信号量个数为1，那就等同于同步锁。

协程本地变量

同线程类似，协程也有本地变量，也就是只在当前协程内可被访问的变量：

import gevent

from gevent . local import local

data = local ()

def f1 () :

data . x = 1

print data . x

def f2 () :

try :

print data . x

except AttributeError :

print 'x is not visible'

gevent . joinall ([

gevent . spawn ( f1 ),

gevent . spawn ( f2 )

])

通过将变量存放在local对象中，即可将其的作用域限制在当前协程内，当其他协程要访问该变量时，就会抛出异常。不同协程间可以有重名的本地变量，而且互相不影响。因为协程本地变量的实现，就是将其存放在以的”greenlet.getcurrent()”的返回为键值的私有的命名空间内。

实际应用

讲到这里，大家肯定很想看一个gevent的实际应用吧，这里有一个简单的聊天室程序，基于Flask实现，大家可以参考下。

更多参考资料

• gevent的官方文档

• gevent社区提供的教程

看完本文有收获？请转 发分享给更多人

关注「P ython开发者」，提升Python技能