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前言
以前沒(méi)怎么接觸前端，對(duì) JavaScript 的異步操作不了解，現(xiàn)在有了點(diǎn)了解。一查發(fā)現(xiàn) Python 和 JavaScript 的協(xié)程發(fā)展史簡(jiǎn)直就是一毛一樣！
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這里大致做下橫向?qū)Ρ群涂偨Y(jié)，便于對(duì)這兩個(gè)語(yǔ)言有興趣的新人理解和吸收。
共同訴求
- 隨著 cpu 多核化，都需要實(shí)現(xiàn)由于自身歷史原因（單線程環(huán)境）下的并發(fā)功能
- 簡(jiǎn)化代碼，避免回調(diào)地獄，關(guān)鍵字支持
- 有效利用操作系統(tǒng)資源和硬件：協(xié)程相比線程，占用資源更少，上下文更快
什么是協(xié)程？
總結(jié)一句話，協(xié)程就是滿足下面條件的函數(shù)：
- 可以暫停執(zhí)行（暫停的表達(dá)式稱為暫停點(diǎn))
- 可以從掛起點(diǎn)恢復(fù)（保留其原始參數(shù)和局部變量）
- 事件循環(huán)是異步編程的底層基石
混亂的歷史
Python 協(xié)程的進(jìn)化
- Python2.2 中，第一次引入了生成器
- Python2.5 中，yield 關(guān)鍵字被加入到語(yǔ)法中
- Python3.4 時(shí)有了 yield from（yield from 約等于 yield + 異常處理 + send）， 并試驗(yàn)性引入的異步 I/O 框架 asyncio（PEP 3156）
- Python3.5 中新增了 async/await 語(yǔ)法（PEP 492）
- Python3.6 中 asyncio 庫(kù)"轉(zhuǎn)正" （之后的官方文檔就清晰了很多）
在主線發(fā)展過(guò)程中，也出現(xiàn)了很多支線的協(xié)程實(shí)現(xiàn)如 Gevent。
- def foo():
- print("foo start")
- a = yield 1
- print("foo a", a)
- yield 2
- yield 3
- print("foo end")
- gen = foo()
- # print(gen.next())
- # gen.send("a")
- # print(gen.next())
- # print(foo().next())
- # print(foo().next())
- # 在python3.x版本中,python2.x的g.next()函數(shù)已經(jīng)更名為g.__next__(),使用next(g)也能達(dá)到相同效果。
- # next()跟send()不同的地方是,next()只能以None作為參數(shù)傳遞,而send()可以傳遞yield的值.
- print(next(gen))
- print(gen.send("a"))
- print(next(gen))
- print(next(foo()))
- print(next(foo()))
- list(foo())
- """
- foo start
- 1
- foo a a
- 2
- 3
- foo start
- 1
- foo start
- 1
- foo start
- foo a None
- foo end
- """
JavaScript 協(xié)程的進(jìn)化
- 同步代碼
- 異步 JavaScript: callback hell
- ES6 引入 Promise/a+， 生成器 Generators（語(yǔ)法 function foo(){}* 可以賦予函數(shù)執(zhí)行暫停/保存上下文/恢復(fù)執(zhí)行狀態(tài)的功能）， 新關(guān)鍵詞 yield 使生成器函數(shù)暫停。
- ES7 引入 async函數(shù)/await語(yǔ)法糖，async 可以聲明一個(gè)異步函數(shù)（將 Generator 函數(shù)和自動(dòng)執(zhí)行器，包裝在一個(gè)函數(shù)里），此函數(shù)需要返回一個(gè) Promise 對(duì)象。await 可以等待一個(gè) Promise 對(duì)象 resolve，并拿到結(jié)果
Promise 中也利用了回調(diào)函數(shù)。在 then 和 catch 方法中都傳入了一個(gè)回調(diào)函數(shù)，分別在 Promise 被滿足和被拒絕時(shí)執(zhí)行，這樣就就能讓它能夠被鏈接起來(lái)完成一系列任務(wù)。
總之就是把層層嵌套的 callback 變成 .then().then()...，從而使代碼編寫(xiě)和閱讀更直觀。
生成器 Generator 的底層實(shí)現(xiàn)機(jī)制是協(xié)程 Coroutine。
- function* foo() {
- console.log("foo start")
- a = yield 1;
- console.log("foo a", a)
- yield 2;
- yield 3;
- console.log("foo end")
- }
- const gen = foo();
- console.log(gen.next().value); // 1
- // gen.send("a") // http://www.voidcn.com/article/p-syzbwqht-bvv.html SpiderMonkey引擎支持 send 語(yǔ)法
- console.log(gen.next().value); // 2
- console.log(gen.next().value); // 3
- console.log(foo().next().value); // 1
- console.log(foo().next().value); // 1
- /*
- foo start
- 1
- foo a undefined
- 2
- 3
- foo start
- 1
- foo start
- 1
- */
Python 協(xié)程成熟體
可等待對(duì)象可以在 await 語(yǔ)句中使用，可等待對(duì)象有三種主要類型：協(xié)程(coroutine)， 任務(wù)(task) 和 Future。
協(xié)程(coroutine)
- 協(xié)程函數(shù)：定義形式為 async def 的函數(shù);
- 協(xié)程對(duì)象：調(diào)用 協(xié)程函數(shù) 所返回的對(duì)象
- 舊式基于 generator（生成器）的協(xié)程
任務(wù)(Task 對(duì)象):
- 任務(wù) 被用來(lái)“并行的”調(diào)度協(xié)程, 當(dāng)一個(gè)協(xié)程通過(guò) asyncio.create_task() 等函數(shù)被封裝為一個(gè) 任務(wù)，該協(xié)程會(huì)被自動(dòng)調(diào)度執(zhí)行
- Task 對(duì)象被用來(lái)在事件循環(huán)中運(yùn)行協(xié)程。如果一個(gè)協(xié)程在等待一個(gè) Future 對(duì)象，Task 對(duì)象會(huì)掛起該協(xié)程的執(zhí)行并等待該 Future 對(duì)象完成。當(dāng)該 Future 對(duì)象 完成，被打包的協(xié)程將恢復(fù)執(zhí)行。
- 事件循環(huán)使用協(xié)同日程調(diào)度: 一個(gè)事件循環(huán)每次運(yùn)行一個(gè) Task 對(duì)象。而一個(gè) Task 對(duì)象會(huì)等待一個(gè) Future 對(duì)象完成，該事件循環(huán)會(huì)運(yùn)行其他 Task、回調(diào)或執(zhí)行 IO 操作。
- asyncio.Task 從 Future 繼承了其除 Future.set_result() 和 Future.set_exception() 以外的所有 API。
未來(lái)對(duì)象(Future):
- Future 對(duì)象用來(lái)鏈接 底層回調(diào)式代碼 和高層異步/等待式代碼。
- 不用回調(diào)方法編寫(xiě)異步代碼后，為了獲取異步調(diào)用的結(jié)果，引入一個(gè) Future 未來(lái)對(duì)象。Future 封裝了與 loop 的交互行為，add_done_callback 方法向 epoll 注冊(cè)回調(diào)函數(shù)，當(dāng) result 屬性得到返回值后，會(huì)運(yùn)行之前注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，向上傳遞給 coroutine。
幾種事件循環(huán)(event loop)：
- libevent/libev：Gevent（greenlet + 前期 libevent，后期 libev）使用的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，廣泛應(yīng)用；
- tornado：tornado 框架自己實(shí)現(xiàn)的 IOLOOP；
- picoev：meinheld（greenlet+picoev）使用的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，小巧輕量，相較于 libevent 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和事件檢測(cè)模型上做了改進(jìn)，所以速度更快。但從 github 看起來(lái)已經(jīng)年久失修，用的人不多。
- uvloop：Python3 時(shí)代的新起之秀。Guido 操刀打造了 asyncio 庫(kù)，asyncio 可以配置可插拔的event loop，但需要滿足相關(guān)的 API 要求，uvloop 繼承自 libuv，將一些低層的結(jié)構(gòu)體和函數(shù)用 Python 對(duì)象包裝。目前 Sanic 框架基于這個(gè)庫(kù)
例子
- import asyncio
- import time
- async def exec():
- await asyncio.sleep(2)
- print('exec')
- # 這種會(huì)和同步效果一直
- # async def go():
- # print(time.time())
- # c1 = exec()
- # c2 = exec()
- # print(c1, c2)
- # await c1
- # await c2
- # print(time.time())
- # 正確用法
- async def go():
- print(time.time())
- await asyncio.gather(exec(),exec()) # 加入?yún)f(xié)程組統(tǒng)一調(diào)度
- print(time.time())
- if __name__ == "__main__":
- asyncio.run(go())
JavaScript 協(xié)程成熟體
Promise 繼續(xù)使用
Promise 本質(zhì)是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，用于表示一個(gè)異步操作的最終完成 (或失敗)， 及其結(jié)果值。它有三個(gè)狀態(tài)：
- pending: 初始狀態(tài)，既不是成功，也不是失敗狀態(tài)。
- fulfilled: 意味著操作成功完成。
- rejected: 意味著操作失敗。
最終 Promise 會(huì)有兩種狀態(tài)，一種成功，一種失敗，當(dāng) pending 變化的時(shí)候，Promise 對(duì)象會(huì)根據(jù)最終的狀態(tài)調(diào)用不同的處理函數(shù)。
async、await語(yǔ)法糖
async、await 是對(duì) Generator 和 Promise 組合的封裝，使原先的異步代碼在形式上更接近同步代碼的寫(xiě)法，并且對(duì)錯(cuò)誤處理/條件分支/異常堆棧/調(diào)試等操作更友好。
js 異步執(zhí)行的運(yùn)行機(jī)制
- 所有任務(wù)都在主線程上執(zhí)行，形成一個(gè)執(zhí)行棧。
- 主線程之外，還存在一個(gè)"任務(wù)隊(duì)列"（task queue）。只要異步任務(wù)有了運(yùn)行結(jié)果，就在"任務(wù)隊(duì)列"之中放置一個(gè)事件。
- 一旦"執(zhí)行棧"中的所有同步任務(wù)執(zhí)行完畢，系統(tǒng)就會(huì)讀取"任務(wù)隊(duì)列"。那些對(duì)應(yīng)的異步任務(wù)，結(jié)束等待狀態(tài)，進(jìn)入執(zhí)行棧并開(kāi)始執(zhí)行。
遇到同步任務(wù)直接執(zhí)行，遇到異步任務(wù)分類為宏任務(wù)（macro-task）和微任務(wù)（micro-task）。
當(dāng)前執(zhí)行棧執(zhí)行完畢時(shí)會(huì)立刻先處理所有微任務(wù)隊(duì)列中的事件，然后再去宏任務(wù)隊(duì)列中取出一個(gè)事件。同一次事件循環(huán)中，微任務(wù)永遠(yuǎn)在宏任務(wù)之前執(zhí)行。
例子
- var sleep = function (time) {
- console.log("sleep start")
- return new Promise(function (resolve, reject) {
- setTimeout(function () {
- resolve();
- }, time);
- });
- };
- async function exec() {
- await sleep(2000);
- console.log("sleep end")
- }
- async function go() {
- console.log(Date.now())
- c1 = exec()
- console.log("-------1")
- c2 = exec()
- console.log(c1, c2)
- await c1;
- console.log("-------2")
- await c2;
- console.log(c1, c2)
- console.log(Date.now())
- }
- go();
event loop 將任務(wù)劃分：
- 主線程循環(huán)從"任務(wù)隊(duì)列"中讀取事件
- 宏隊(duì)列（macro task）js 同步執(zhí)行的代碼塊，setTimeout、setInterval、XMLHttprequest、setImmediate、I/O、UI rendering等，本質(zhì)是參與了事件循環(huán)的任務(wù)
- 微隊(duì)列（micro task）Promise、process.nextTick（node環(huán)境）、Object.observe， MutationObserver等，本質(zhì)是直接在 Javascript 引擎中的執(zhí)行的沒(méi)有參與事件循環(huán)的任務(wù)
擴(kuò)展閱讀 Node.js 中的 EventLoop (http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html)
總結(jié)與對(duì)比
| 說(shuō)明 | python | JavaScript | 點(diǎn)評(píng) |
|---|---|---|---|
| 進(jìn)程 | 單進(jìn)程 | 單進(jìn)程 | 一致 |
| 中斷/恢復(fù) | yield,yield from,next,send | yield,next | 基本相同，但 JavaScript 對(duì) send 沒(méi)啥需求 |
| 未來(lái)對(duì)象(回調(diào)包裝) | Futures | Promise | 解決 callback，思路相同 |
| 生成器 | generator | Generator | 將 yield 封裝為協(xié)程Coroutine，思路一樣 |
| 成熟后關(guān)鍵詞 | async、await | async、await | 關(guān)鍵詞支持，一毛一樣 |
| 事件循環(huán) | asyncio 應(yīng)用的核心。事件循環(huán)會(huì)運(yùn)行異步任務(wù)和回調(diào)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò) IO 操作，以及運(yùn)行子進(jìn)程。asyncio 庫(kù)支持的 API 較多，可控性高 | 基于瀏覽器環(huán)境基本是黑盒，外部基本無(wú)法控制，對(duì)任務(wù)有做優(yōu)先級(jí)分類，調(diào)度方式有區(qū)別 | 這里有很大區(qū)別，運(yùn)行環(huán)境不同，對(duì)任務(wù)的調(diào)度先后不同，Python 可能和 Node.js 關(guān)于事件循環(huán)的可比性更高些，這里還需需要繼續(xù)學(xué)習(xí) |
到這里就基本結(jié)束了，看完不知道你會(huì)有什么感想，如有錯(cuò)誤還請(qǐng)不吝賜教。
標(biāo)題名稱：Python協(xié)程與JavaScript協(xié)程的對(duì)比
轉(zhuǎn)載源于：http://www.dlmjj.cn/article/djjodeo.html
