1   動(dòng)機(jī)

greenlet 包是 Stackless 的副產(chǎn)品，其將微線程稱(chēng)為 “tasklet” 。tasklet運(yùn)行在偽并發(fā)中，使用channel進(jìn)行同步數(shù)據(jù)交換。

一個(gè)”greenlet”，是一個(gè)更加原始的微線程的概念，但是沒(méi)有調(diào)度，或者叫做協(xié)程。這在你需要控制你的代碼時(shí)很有用。你可以自己構(gòu)造微線程的 調(diào)度器；也可以使用”greenlet”實(shí)現(xiàn)高級(jí)的控制流。例如可以重新創(chuàng)建構(gòu)造器；不同于Python的構(gòu)造器，我們的構(gòu)造器可以嵌套的調(diào)用函數(shù)，而被 嵌套的函數(shù)也可以 yield 一個(gè)值。(另外，你并不需要一個(gè)”yield”關(guān)鍵字，參考例子)。

Greenlet是作為一個(gè)C擴(kuò)展模塊給未修改的解釋器的。

1.1   例子

假設(shè)系統(tǒng)是被控制臺(tái)程序控制的，由用戶輸入命令。假設(shè)輸入是一個(gè)個(gè)字符的。這樣的系統(tǒng)有如如下的樣子:

def process_commands(*args):
  while True:
    line=''
    while not line.endswith('\n'):
      line+=read_next_char()
    if line=='quit\n':
      print "are you sure?"
      if read_next_char()!="y":
        continue  #忽略指令
    process_commands(line)

現(xiàn)在假設(shè)你要把程序移植到GUI，而大多數(shù)GUI是事件驅(qū)動(dòng)的。他們會(huì)在每次的用戶輸入時(shí)調(diào)用回調(diào)函數(shù)。這種情況下，就很難實(shí)現(xiàn) read_next_char() 函數(shù)。我們有兩個(gè)不兼容的函數(shù):

def event_keydown(key):
    ??

def read_next_char():
    ?? 需要等待 event_keydown() 的調(diào)用

你可能在考慮用線程實(shí)現(xiàn)。而 Greenlet 是另一種解決方案，沒(méi)有鎖和關(guān)閉問(wèn)題。你啟動(dòng) process_commands() 函數(shù)，分割成 greenlet ，然后與按鍵事件交互，有如:

def event_keydown(key):
  g_processor.switch(key)

def read_next_char():
  g_self=greenlet.getcurrent()
  next_char=g_self.parent.switch()  #跳到上一層(main)的greenlet，等待下一次按鍵
  return next_char

g_processor=greenlet(process_commands)
g_processor.switch(*args)
gui.mainloop()

這個(gè)例子的執(zhí)行流程是： read_next_char() 被調(diào)用，也就是 g_processor 的一部分，它就會(huì)切換(switch)到他的父greenlet，并假設(shè)繼續(xù)在頂級(jí)主循環(huán)中執(zhí)行(GUI主循環(huán))。當(dāng)GUI調(diào)用 event_keydown() 時(shí)，它切換到 g_processor ，這意味著執(zhí)行會(huì)跳回到原來(lái)掛起的地方，也就是 read_next_char() 函數(shù)中的切換指令那里。然后 event_keydown() 的 key 參數(shù)就會(huì)被傳遞到 read_next_char() 的切換處，并返回。

注意 read_next_char() 會(huì)被掛起并假設(shè)其調(diào)用棧會(huì)在恢復(fù)時(shí)保護(hù)的很好，所以他會(huì)在被調(diào)用的地方返回。這允許程序邏輯保持優(yōu)美的順序流。我們無(wú)需重寫(xiě) process_commands() 來(lái)用到一個(gè)狀態(tài)機(jī)中。

2   使用

2.1   簡(jiǎn)介

一個(gè) “greenlet” 是一個(gè)很小的獨(dú)立微線程。可以把它想像成一個(gè)堆棧幀，棧底是初始調(diào)用，而棧頂是當(dāng)前greenlet的暫停位置。你使用greenlet創(chuàng)建一堆這樣的堆 棧，然后在他們之間跳轉(zhuǎn)執(zhí)行。跳轉(zhuǎn)不是絕對(duì)的：一個(gè)greenlet必須選擇跳轉(zhuǎn)到選擇好的另一個(gè)greenlet，這會(huì)讓前一個(gè)掛起，而后一個(gè)恢復(fù)。兩 個(gè)greenlet之間的跳轉(zhuǎn)稱(chēng)為 切換(switch) 。

當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)greenlet，它得到一個(gè)初始化過(guò)的空堆棧；當(dāng)你第一次切換到它，他會(huì)啟動(dòng)指定的函數(shù)，然后切換跳出greenlet。當(dāng)最終棧底 函數(shù)結(jié)束時(shí)，greenlet的堆棧又編程空的了，而greenlet也就死掉了。greenlet也會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)未捕捉的異常死掉。

例如:

from py.magic import greenlet

def test1():
  print 12
  gr2.switch()
  print 34

def test2():
  print 56
  gr1.switch()
  print 78

gr1=greenlet(test1)
gr2=greenlet(test2)
gr1.switch()

最后一行跳轉(zhuǎn)到 test1() ，它打印12，然后跳轉(zhuǎn)到 test2() ，打印56，然后跳轉(zhuǎn)回 test1() ，打印34，然后 test1() 就結(jié)束，gr1死掉。這時(shí)執(zhí)行會(huì)回到原來(lái)的 gr1.switch() 調(diào)用。注意，78是不會(huì)被打印的。

2.2   父greenlet

現(xiàn)在看看一個(gè)greenlet死掉時(shí)執(zhí)行點(diǎn)去哪里。每個(gè)greenlet擁有一個(gè)父greenlet。父greenlet在每個(gè)greenlet初 始化時(shí)被創(chuàng)建(不過(guò)可以在任何時(shí)候改變)。父greenlet是當(dāng)greenlet死掉時(shí)，繼續(xù)原來(lái)的位置執(zhí)行。這樣，greenlet就被組織成一棵 樹(shù)，頂級(jí)的代碼并不在用戶創(chuàng)建的 greenlet 中運(yùn)行，而稱(chēng)為主greenlet，也就是樹(shù)根。

在上面的例子中，gr1和gr2都是把主greenlet作為父greenlet的。任何一個(gè)死掉，執(zhí)行點(diǎn)都會(huì)回到主函數(shù)。

未捕獲的異常會(huì)波及到父greenlet。如果上面的 test2() 包含一個(gè)打印錯(cuò)誤(typo)，他會(huì)生成一個(gè) NameError 而干掉gr2，然后執(zhí)行點(diǎn)會(huì)回到主函數(shù)。traceback會(huì)顯示 test2() 而不是 test1() 。記住，切換不是調(diào)用，但是執(zhí)行點(diǎn)可以在并行的棧容器間并行交換，而父greenlet定義了棧最初從哪里來(lái)。

2.3   實(shí)例

py.magic.greenlet 是一個(gè) greenlet 類(lèi)型，支持如下操作：

greenlet(run=None,parent=None)

    創(chuàng)建一個(gè)greenlet對(duì)象，而不執(zhí)行。run是執(zhí)行回調(diào)，而parent是父greenlet，缺省是當(dāng)前greenlet。

greenlet.getcurrent()

    返回當(dāng)前greenlet，也就是誰(shuí)在調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

greenlet.GreenletExit

    這個(gè)特定的異常不會(huì)波及到父greenlet，它用于干掉一個(gè)greenlet。

greenlet 類(lèi)型可以被繼承。一個(gè)greenlet通過(guò)調(diào)用其 run 屬性執(zhí)行，就是創(chuàng)建時(shí)指定的那個(gè)。對(duì)于子類(lèi)，可以定義一個(gè) run() 方法，而不必嚴(yán)格遵守在構(gòu)造器中給出 run 參數(shù)。

2.4   切換

greenlet之間的切換發(fā)生在greenlet的 switch() 方法被調(diào)用時(shí)，這會(huì)讓執(zhí)行點(diǎn)跳轉(zhuǎn)到greenlet的 switch() 被調(diào)用處。或者在greenlet死掉時(shí)，跳轉(zhuǎn)到父greenlet那里去。在切換時(shí)，一個(gè)對(duì)象或異常被發(fā)送到目標(biāo)greenlet。這可以作為兩個(gè)greenlet之間傳遞信息的方便方式。例如:

def test1(x,y):
  z=gr2.switch(x+y)
  print z

def test2(u):
  print u
  gr1.switch(42)

gr1=greenlet(test1)
gr2=greenlet(test2)
gr1.switch("hello"," world")

這會(huì)打印出 “hello world” 和42，跟前面的例子的輸出順序相同。注意 test1() 和 test2() 的參數(shù)并不是在 greenlet 創(chuàng)建時(shí)指定的，而是在第一次切換到這里時(shí)傳遞的。

這里是精確的調(diào)用方式:

g.switch(obj=None or *args)

切換到執(zhí)行點(diǎn)greenlet g，發(fā)送給定的對(duì)象obj。在特殊情況下，如果g還沒(méi)有啟動(dòng)，就會(huì)讓它啟動(dòng)；這種情況下，會(huì)傳遞參數(shù)過(guò)去，然后調(diào)用 g.run(*args) 。

垂死的greenlet

    如果一個(gè)greenlet的 run() 結(jié)束了，他會(huì)返回值到父greenlet。如果 run() 是異常終止的，異常會(huì)波及到父greenlet(除非是 greenlet.GreenletExit 異常，這種情況下異常會(huì)被捕捉并返回到父greenlet)。

除了上面的情況外，目標(biāo)greenlet會(huì)接收到發(fā)送來(lái)的對(duì)象作為 switch() 的返回值。雖然 switch() 并不會(huì)立即返回，但是它仍然會(huì)在未來(lái)某一點(diǎn)上返回，當(dāng)其他greenlet切換回來(lái)時(shí)。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，執(zhí)行點(diǎn)恢復(fù)到 switch() 之后，而 switch() 返回剛才調(diào)用者發(fā)送來(lái)的對(duì)象。這意味著 x=g.switch(y) 會(huì)發(fā)送對(duì)象y到g，然后等著一個(gè)不知道是誰(shuí)發(fā)來(lái)的對(duì)象，并在這里返回給x。

注意，任何嘗試切換到死掉的greenlet的行為都會(huì)切換到死掉greenlet的父greenlet，或者父的父，等等。最終的父就是 main greenlet，永遠(yuǎn)不會(huì)死掉的。

2.5   greenlet的方法和屬性

g.switch(obj=None or *args)

    切換執(zhí)行點(diǎn)到greenlet g，同上。

g.run

    調(diào)用可執(zhí)行的g，并啟動(dòng)。在g啟動(dòng)后，這個(gè)屬性就不再存在了。

g.parent

    greenlet的父。這是可寫(xiě)的，但是不允許創(chuàng)建循環(huán)的父關(guān)系。

g.gr_frame

    當(dāng)前頂級(jí)幀，或者None。

g.dead

    判斷是否已經(jīng)死掉了

bool(g)

    如果g是活躍的則返回True，在尚未啟動(dòng)或者結(jié)束后返回False。

g.throw([typ,[val,[tb]]])

    切換執(zhí)行點(diǎn)到greenlet g，但是立即拋出指定的異常到g。如果沒(méi)有提供參數(shù)，異常缺省就是 greenlet.GreenletExit 。根據(jù)異常波及規(guī)則，有如上面描述的。注意調(diào)用這個(gè)方法等同于如下:

  def raiser():
    raise typ,val,tb

  g_raiser=greenlet(raiser,parent=g)
  g_raiser.switch()

2.6   Greenlet與Python線程

greenlet可以與Python線程一起使用；在這種情況下，每個(gè)線程包含一個(gè)獨(dú)立的 main greenlet，并擁有自己的greenlet樹(shù)。不同線程之間不可以互相切換greenlet。

2.7   活動(dòng)greenlet的垃圾收集

如果不再有對(duì)greenlet對(duì)象的引用時(shí)(包括其他greenlet的parent)，還是沒(méi)有辦法切換回greenlet。這種情況下會(huì)生成一個(gè) GreenletExit 異常到greenlet。這是greenlet收到異步異常的唯一情況。應(yīng)該給出一個(gè) try .. finally 用于清理greenlet內(nèi)的資源。這個(gè)功能同時(shí)允許greenlet中無(wú)限循環(huán)的編程風(fēng)格。這樣循環(huán)可以在最后一個(gè)引用消失時(shí)自動(dòng)中斷。

如果不希望greenlet死掉或者把引用放到別處，只需要捕捉和忽略 GreenletExit 異常即可。

greenlet不參與垃圾收集；greenlet幀的循環(huán)引用數(shù)據(jù)會(huì)被檢測(cè)到。將引用傳遞到其他的循環(huán)greenlet會(huì)引起內(nèi)存泄露。

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