Greenlet 详解

本文内容主要来自对官网文档的翻译,在其中也加入了很多自己的理解和例子。主要包括以下内容:什么是greenlet,greenlet的切换与函数调用的区别,greenlet的生命周期,以及使用greenlet的注意事项。

greenlet初体验

Greenlet是python的一个C扩展,来源于Stackless python,旨在提供可自行调度的‘微线程’, 即协程。generator实现的协程在yield value时只能将value返回给调用者(caller)。 而在greenlet中,target.switch(value)可以切换到指定的协程(target), 然后yield value。greenlet用switch来表示协程的切换,从一个协程切换到另一个协程需要显式指定。

greenlet的安装很简单:pip install greenlet 即可,安装好了之后我们来看一个官方的例子:

输出为:
12 56 34

当创建一个greenlet时,首先初始化一个空的栈, switch到这个栈的时候,会运行在greenlet构造时传入的函数(首先在test1中打印 12), 如果在这个函数(test1)中switch到其他协程(到了test2 打印34),那么该协程会被挂起,等到切换回来(在test2中切换回来 打印34)。当这个协程对应函数执行完毕,那么这个协程就变成dead状态。

注意:上面没有打印test2的最后一行输出 78,因为在test2中切换到gr1之后挂起,但是没有地方再切换回来。这个可能造成泄漏,后面细说。

greenlet module与class

我们首先看一下greenlet这个module里面的属性:

其中,比较重要的是getcurrent(), 类greenlet、异常类GreenletExit。

getcurrent()返回当前的greenlet实例;

GreenletExit:是一个特殊的异常,当触发了这个异常的时候,即使不处理,也不会抛到其parent(后面会提到协程中对返回值或者异常的处理)

然后我们再来看看greenlet.greenlet这个类:

比较重要的几个属性:

run:当greenlet启动的时候会调用到这个callable,如果我们需要继承greenlet.greenlet时,需要重写该方法

switch:前面已经介绍过了,在greenlet之间切换

parent:可读写属性,后面介绍

dead:如果greenlet执行结束,那么该属性为true

throw:切换到指定greenlet后立即跑出异常

文章后面提到的greenlet大多都是指greenlet.greenlet这个class,请注意区别。

Switch not call

对于greenlet,最常用的写法是 x = gr.switch(y)。 这句话的意思是切换到gr,传入参数y。当从其他协程(不一定是这个gr)切换回来的时候,将值付给x。

输出:

(‘test2 ‘, ‘hello world’)
(‘test1 ‘, 10)
None

上面的例子,第12行从main greenlet切换到了gr1,test1第3行切换到了gs2,然后gr1挂起,第8行从gr2切回gr1时,将值(10)返回值给了 z。

每一个Greenlet都有一个parent,一个新的greenlet在哪里创生,当前环境的greenlet就是这个新greenlet的parent。所有的greenlet构成一棵树,其跟节点就是还没有手动创建greenlet时候的”main” greenlet(事实上,在首次import greenlet的时候实例化)。当一个协程 正常结束,执行流程回到其对应的parent;或者在一个协程中抛出未被捕获的异常,该异常也是传递到其parent。学习python的时候,有一句话会被无数次重复”everything is oblect”, 在学习greenlet的调用中,同样有一句话应该深刻理解,“switch not call”。

上述例子可以看到,尽量是从test1所在的协程gr1 切换到了gr2,但gr2的parent还是’main’ greenlet,因为默认的parent取决于greenlet的创生环境。另外 在test2中return之后整个返回值返回到了其parent,而不是switch到该协程的地方(即不是test1),这个跟我们平时的函数调用不一样,记住“switch not call”。对于异常 也是展开至parent。

输出为:

catch Exception in main

Greenlet生命周期

文章开始的地方提到第一个例子中的gr2其实并没有正常结束,我们可以借用greenlet.dead这个属性来查看:

输出:

test2 first 1
test1 finished
gr1 is dead?: True, gr2 is dead?: False
test2 back ()
gr1 is dead?: True, gr2 is dead?: True
10

从这个例子可以看出:

  • 只有当协程对应的函数执行完毕,协程才会die,所以第一次Check的时候gr2并没有die,因为第9行切换出去了就没切回来。在main中再switch到gr2的时候, 执行后面的逻辑,gr2 die。
  • 如果试图再次switch到一个已经是dead状态的greenlet会怎么样呢,事实上会切换到其parent greenlet

Greenlet Traceing

Greenlet也提供了接口使得程序员可以监控greenlet的整个调度流程。主要是gettrace 和 settrace(callback)函数。下面看一个例子:

输出:

main id 40604416, gr1 id 40604736, gr2 id 40604816
switch from 40604416 to 40604736
switch from 40604736 to 40604816
throw from 40604816 to 40604416
Exception

其中callback函数event是switch或者throw之一,表明是正常调度还是异常跑出;args是二元组,表示是从协程args[0]切换到了协程args[1]。上面的输出展示了切换流程:从main到gr1,然后到gr2,最后回到main。

greenlet使用建议:

使用greenlet需要注意一下三点:

第一:greenlet创生之后,一定要结束,不能switch出去就不回来了,否则容易造成内存泄露。

第二:python中每个线程都有自己的main greenlet及其对应的sub-greenlet ,不能线程之间的greenlet是不能相互切换的。

第三:不能存在循环引用,这个是官方文档明确说明。

  ”Greenlets do not participate in garbage collection; cycles involving data that is present in a greenlet’s frames will not be detected. “

对于第一点,我们来看一个例子:

在test2函数中 第11行,我们将huge清空,然后再第16行将gr1、gr2的引用计数降到了0。但运行结果告诉我们,第11行并没有执行,所以如果一个协程没有正常结束是很危险的,往往不符合程序员的预期。greenlet提供了解决这个问题的办法,官网文档提到:如果一个greenlet实例的引用计数变成0,那么会在上次挂起的地方抛出GreenletExit异常,这就使得我们可以通过try … finally 处理资源泄露的情况。如下面的代码:

上述代码的switch流程:main greenlet –> gr1 –> gr2 –> gr1 –> main greenlet, 很明显gr2没有正常结束(在第10行刮起了)。第18行之后gr1,gr2的引用计数都变成0,那么会在第10行抛出GreenletExit异常,因此finally语句有机会执行。同时,在文章开始介绍Greenlet module的时候也提到了,GreenletExit这个异常并不会抛出到parent,所以main greenlet也不会出异常。

看上去貌似解决了问题,但这对程序员要求太高了,百密一疏。所以最好的办法还是保证协程的正常结束。

总结:

之前的文章其实已经提到提到了coroutine协程的强大之处,对于异步非阻塞,而且还需要保留上下文的场景非常适用。greenlet跟强大,可以从一个协程切换到任意其他协程,这是generator做不到的,但这种能力其实也是双刃剑,前面的注意事项也提到了,必须保证greenlet的正常结束,在协程之间任意的切换很容易出问题。

比如对于服务之间异步请求的例子,简化为服务A的一个函数foo需要异步访问服务B,可以这样封装greenlet:用decorator装饰函数foo,当调用这个foo的时候建立一个greenlet实例,并为这个greenley对应一个唯一的gid,在foo方法发出异步请求(写到gid)之后,switch到parent,这个时候这个新的协程处于挂起状态。当请求返回之后,通过gid找到之前被挂起的协程,恢复该协程即可。More simple More safety,保证旨在main和一级子协程之间切换。需要注意的是处理各种异常 以及请求超时的情况,避免内存泄露,gvent对greenlet的使用大致也是这样的。

参考

  • http://www.cnblogs.com/xybaby/p/6323358.html
  • https://pypi.python.org/pypi/greenlet
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Stackless_Python
  • http://greenlet.readthedocs.io/en/latest/
  • http://stackoverflow.com/questions/715758/coroutine-vs-continuation-vs-generator
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