Tornado入门(三)【协程】

协程

在Tornado中，协程是推荐使用的异步方式。协程使用yield关键字暂停或者恢复执行，而不是回调链的方式。

协程跟异步代码一样简单，但是没有使用线程的损耗，通过减少上下文切换的次数，可以让并发更为简单。

示例：

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from tornado import gen

@gen.coroutine
def fetch_coroutine(url):
    http_client = AsyncHTTPClient()
    response = yield http_client.fetch(url)
    # In Python versions prior to 3.3, returning a value from
    # a generator is not allowed and you must use
    #   raise gen.Return(response.body)
    # instead.
    return response.body

async和await

Python3.5中引入了关键字async和await，使用这些关键字的函数也称之为本地协程。从Tornado4.3开始，我们可以使用它们来替换基于yield的协程。只需要使用async def foo()替换函数定义中的@gen.coroutine修饰器，使用await替换函数中的yield即可。在后面的文档中，我们将继续使用yield风格，以便兼容老的Python版本。但是如果使用新版Python的话，还是推荐使用async和await，因为它们运行速度更快。

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async def fetch_coroutine(url):
    http_client = AsyncHTTPClient()
    response = await http_client.fetch(url)
    return response.body

await的功能没有yield那么多，例如，在基于yield的协程中，你可以yield一组Future组成的列表，但是在本地协程中，你必须将列表包裹在tornado.gen.multi中。为了方便，Tornado提供了函数tornado.gen.convert_yielded将任意的yield对象转换成适用于await的对象。

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async def f():
    executor = concurrent.futures.ThreadPoolExecutor()
    await tornado.gen.convert_yielded(executor.submit(g))

本地协程不依赖于任何框架，并不是所有协程都是互相兼容的。当第一个协程被调用的时候，它会选择一个协程执行器，这个执行器接下来会被所有通过await调用的协程所共享。Tornado的协程执行器被设计为多功能的，它可以接收任意框架提供的awaitable对象。其他框架的协程执行器则受到这种限制，例如asyncio的协程执行器。由于这个原因，当需要同时使用多个框架的时候，推荐使用Tornado的协程执行器。如果需要调用一个已经被asyncio执行器调用的协程，可以使用tornado.platform.asyncio.to_asnycio_future适配器。

工作原理

当函数中包含yield关键字时，称该函数为生成器。所有的生成器都是异步的，当调用的时候，返回的是一个生成器对象而不是计算结果。修饰器@gen.coroutine通过yield表达式与生成器通信，调用协程之后，返回一个Future对象。

下面是协程修饰器的简化版实现：

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# Simplified inner loop of tornado.gen.Runner
def run(self):
    # send(x) makes the current yield return x.
    # It returns when the next yield is reached
    future = self.gen.send(self.next)
    def callback(f):
        self.next = f.result()
        self.run()
    future.add_done_callback(callback)

修饰器从生成器中接收一个Future对象，等待Future执行完，然后解包Future对象，将结果发送给生成器，作为yield的结果。大部分代码都不会直接接触到Future，除非将异步函数返回的Future传递给yield表达式。

调用协程

协程抛出异常的方式与普通的不一样：所有的异常都会困在Future中，直到它被yield。这也就意味着所有的协程都必须被合理的调用，否则部分错误可能没有被发现。

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@gen.coroutine
def divide(x, y):
    return x / y

def bad_call():
    # This should raise a ZeroDivisionError, but it won't because
    # the coroutine is called incorrectly.
    divide(1, 0)

不管什么情况下，所有调用协程的函数本身也必须是协程，并且在调用中使用yield关键字。当重载父类的方法时，要注意查看是否允许使用协程。

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@gen.coroutine
def good_call():
    # yield will unwrap the Future returned by divide() and raise
    # the exception.
    yield divide(1, 0)

有时我们可能只想触发一个事件，而不等待结果返回，这种情况下，可以使用IOLoop.spawn_callback函数，这个函数会使用IOLoop来处理调用函数，如果调用失败，则记录一条堆栈信息。

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# The IOLoop will catch the exception and print a stack trace in
# the logs. Note that this doesn't look like a normal call, since
# we pass the function object to be called by the IOLoop.
IOLoop.current().spawn_callback(divide, 1, 0)

当使用@gen.coroutine时，推荐使用IOLoop.spawn_callback；如果是使用async def则必须使用IOLoop.spawn_callback，否则协程执行器不会运行。

最后，在程序级别，如果IOLoop没有运行，则需要先启动IOLoop，然后运行协程，最后使用IOLoop.run_sync来停止IOLoop。

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# run_sync() doesn't take arguments, so we must wrap the
# call in a lambda.
IOLoop.current().run_sync(lambda: divide(1, 0))

协程模式

与回调函数交互

为了与使用回调的异步函数交互，需要将回调包裹在Task对象中，它会返回一个Future对象。

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@gen.coroutine
def call_task():
    # Note that there are no parens on some_function.
    # This will be translated by Task into
    #   some_function(other_args, callback=callback)
    yield gen.Task(some_function, other_args)

调用阻塞函数

调用阻塞函数最简单的方式就是通过使用ThreadPoolExecutor，它返回一个匹配协程的Future对象。

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thread_pool = ThreadPoolExecutor(4)

@gen.coroutine
def call_blocking():
    yield thread_pool.submit(blocking_func, args)

并行

协程修饰器可以识别元素内容为Future的列表和字典，并等待所有的Future执行完。

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@gen.coroutine
def parallel_fetch(url1, url2):
    resp1, resp2 = yield [http_client.fetch(url1),
                          http_client.fetch(url2)]

@gen.coroutine
def parallel_fetch_many(urls):
    responses = yield [http_client.fetch(url) for url in urls]
    # responses is a list of HTTPResponses in the same order

@gen.coroutine
def parallel_fetch_dict(urls):
    responses = yield {url: http_client.fetch(url)
                        for url in urls}
    # responses is a dict {url: HTTPResponse}

交错执行

有时候，可能需要先保存一个yield对象，而不是立即返回：

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@gen.coroutine
def get(self):
    fetch_future = self.fetch_next_chunk()
    while True:
        chunk = yield fetch_future
        if chunk is None: break
        self.write(chunk)
        fetch_future = self.fetch_next_chunk()
        yield self.flush()

上面的模式只适用于@gen.coroutine，如果fetch_next_chunk()使用async def。则需要通过以下方式调用：

fetch_future = tornado.gen.convert_yielded(self.fetch_next_chunk())。

循环

在协程中实现循环略微诡异，因为在捕获循环中的yield结果根本做不到，所以需要将循环条件与获取结果分开来，例如这个来自Motor的例子。

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import motor
db = motor.MotorClient().test

@gen.coroutine
def loop_example(collection):
    cursor = db.collection.find()
    while (yield cursor.fetch_next):
        doc = cursor.next_object()

后台运行

协程中通常很少使用周期调度，不过协程可以通过while True:循环和tornado.gen.sleep来实现。

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@gen.coroutine
def minute_loop():
    while True:
        yield do_something()
        yield gen.sleep(60)

# Coroutines that loop forever are generally started with
# spawn_callback().
IOLoop.current().spawn_callback(minute_loop)

上面的例子中，每个循环实际是每隔60 N秒执行一次的，N是do_something()的执行时间，为了实现精确的每60秒执行一次，可以使用前面介绍的交错模式：

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@gen.coroutine
def minute_loop2():
    while True:
        nxt = gen.sleep(60)   # Start the clock.
        yield do_something()  # Run while the clock is ticking.
        yield nxt             # Wait for the timer to run out.

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