在上一篇介绍生成器时，我们讲到了协程（Coroutine），它也被称为微线程。回顾一下，协程可以在一个函数执行过程中将其挂起，去执行另一个函数，并在必要时将之前的函数唤醒。在Python的语言环境里，协程是相当常用的实现”并发”的方法。上一篇的例子中，我们演示了如何使用yield关键字来实现协程，不过这个看上去非常不直观。这里我们要介绍一个非常好用的框架greenlet，很多知名的网络并发框架如eventlet，gevent都是基于它实现的。

第一个例子

沿袭我们一直以来的习惯，先从例子开始，这次偷个懒，直接把官方文档中的例子拿过来：

from greenlet 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()

这里创建了两个greenlet协程对象，gr1和gr2，分别对应于函数test1()和test2()。使用greenlet对象的switch()方法，即可以切换协程。上例中，我们先调用gr1.switch()，函数test1()被执行，然后打印出”12”；接着由于gr2.switch()被调用，协程切换到函数test2()，打印出”56”；之后gr1.switch()又被调用，所以又切换到函数test1()。但注意，由于之前test1()已经执行到第5行，也就是gr2.switch()，所以切换回来后会继续往下执行，也就是打印”34”；现在函数test1()退出，同时程序退出。由于再没有gr2.switch()来切换至函数test2()，所以程序第11行”print 78”不会被执行。

所以，程序运行下来的输出就是：

12
56
34

很好理解吧。使用switch()方法切换协程，也比”yield”, “next/send”组合要直观的多。上例中，我们也可以看出，greenlet协程的运行，其本质是串行的，所以它不是真正意义上的并发，因此也无法发挥CPU多核的优势，不过，这个可以通过协程+进程组合的方式来解决，本文就不展开了。另外要注意的是，在没有进行显式切换时，部分代码是无法被执行到的，比如上例中的print 78。

父子关系

创建协程对象的方法其实有两个参数greenlet(run=None, parent=None)。参数run就是其要调用的方法，比如上例中的函数test1()和test2()；参数parent定义了该协程对象的父协程，也就是说，greenlet协程之间是可以有父子关系的。如果不设或设为空，则其父协程就是程序默认的”main”主协程。这个”main”协程不需要用户创建，它所对应的方法就是主程序，而所有用户创建的协程都是其子孙。大家可以把greenlet协程集看作一颗树，树的根节点就是”main”，上例中的gr1和gr2就是其两个字节点。

在子协程执行完毕后，会自动返回父协程。比如上例中test1()函数退出，代码会返回到主程序。让我们写个更清晰的例子来实验下：

from greenlet import greenlet

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

def test2():
    print 56

gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2, gr1)
gr1.switch()
print 78

这里创建greenlet对象gr2时，指定了其父协程是gr1。所以在函数test2()里，虽然没有gr1.switch()代码，但是在其退出后，程序一样回到了函数test1()，并且执行print 34。同样，在test1()退出后，代码回到了主程序，并执行print 78。所以，最后的输出就是：

12
56
34
78

如果上例中，gr2的父协程不是gr1而是”main”的话，那test2()运行完毕就会回到主程序并直接打印”78”，这样print 34就不会执行。大家可以试一试。

还有一个重要的点，就是协程退出后，就无法再被执行了。如果上例在函数test1()中，再加一句gr2.switch()，运行的结果是一样的。因为第二次调用gr2.switch()，什么也不会运行。

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

大家可能会感觉到父子协程之间的关系，就像函数调用一样，一个嵌套一个。的确，其实greenlet协程的实现就是使用了栈，其运行的上下文保存在栈中，”main”主协程处于栈底的位置，而当前运行中的协程就在栈顶。这同函数是一样。此外，在任何时候，你都可以使用greenlet.getcurrent()，获取当前运行中的协程对象。比如在函数test2()中执行greenlet.getcurrent()，其返回就等于gr2。

异常

既然协程是存放在栈中，那一个协程要抛出异常，就会先抛到其父协程中，如果所有父协程都不捕获此异常，程序才会退出。我们试下，把上面的例子中函数test2()的代码改为：

def test2():
    print 56
    raise NameError

程序执行后，我们可以看到Traceback信息：

  File "parent.py", line 14, in <module>
    gr1.switch()
  File "parent.py", line 5, in test1
    gr2.switch()
  File "parent.py", line 10, in test2
    raise NameError

同时大家可以试下，如果将gr2的父协程设为空，Traceback信息就会变为：

  File "parent.py", line 14, in <module>
    gr1.switch()
  File "parent.py", line 10, in test2
    raise NameError

因此，如果gr2的父协程是gr1的话，异常先回抛到函数test1()的代码gr2.switch()处。所以，我们再对函数test1()改动下：

def test1():
    print 12
    try:
        gr2.switch()
    except NameError:
        print 90
    print 34

运行后的结果，如果gr2的父协程是gr1，则异常被捕获，并打印”90”。否则，异常会被抛出。以上实验很好的证明了，子协程抛出的异常会根据栈里的顺序，依次抛到父协程里。

有一个异常是特例，不会被抛到父协程中，那就是greenlet.GreenletExit，这个异常会让当前协程强制退出。比如，我们将函数test2()改为：

def test2():
    print 56
    raise greenlet.GreenletExit
    print 78

那代码行print 78永远不会被执行。但这个异常不会往上抛，所以其父协程还是可以正常运行。

另外，我们可以通过greenlet对象的throw()方法，手动往一个协程里抛个异常。比如，我们在test1()里调一个throw()方法：

def test1():
    print 12
    gr2.throw(NameError)
    try:
        gr2.switch()
    except NameError:
        print 90
    print 34

这样，异常就会被抛出，运行后的Trackback是这样的：

  File "exception.py", line 21, in <module>
    gr1.switch()
  File "exception.py", line 5, in test1
    gr2.throw(NameError)

如果将gr2.throw(NameError)放在”try”语句中，那该异常就会被捕获，并打印”90”。另外，当gr2的父协程不是gr1而是”main”时，异常会直接抛到主程序中，此时函数test1()中的”try”语句就不起作用了。

协程间传递消息

在介绍生成器时，我们聊过可以使用生成器的send()方法来传递参数。greenlet也同样支持，只要在其switch()方法调用时，传入参数即可。我们再来基于本文第一个例子改造下：

from greenlet import greenlet

def test1():
    print 12
    y = gr2.switch(56)
    print y

def test2(x):
    print x
    gr1.switch(34)
    print 78

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

在test1()中调用gr2.switch()，由于协程gr2之前未被启动，所以传入的参数”56”会被赋在test2()函数的参数x上；在test2()中调用gr1.switch()，由于协程gr1之前已执行到第5行y = gr2.switch(56)这里，所以传入的参数”34”会作为gr2.switch(56)的返回值，赋给变量y。这样，两个协程之间的互传消息就实现了。

让我们将上一篇介绍生成器时写的生产者消费者的例子，改为greenlet实现吧：

from greenlet import greenlet

def consumer():
    last = ''
    while True:
        receival = pro.switch(last)
        if receival is not None:
            print 'Consume %s' % receival
            last = receival

def producer(n):
    con.switch()
    x = 0
    while x < n:
        x += 1
        print 'Produce %s' % x
        last = con.switch(x)

pro = greenlet(producer)
con = greenlet(consumer)
pro.switch(5)

更多参考资料

greenlet的官方文档
greenlet的源码

本文中的示例代码可以在这里下载。