Python基于gevent实现高并发代码实例

1. 前言

在网络编程中，我们经常会遇到高并发的情形，即有大量的请求同时涌向服务器，需要服务器能够快速响应并处理这些请求。在 Python 中，我们可以使用多线程或多进程等方式来实现高并发，但是这些方式在一定程度上会影响程序的性能。

这时，使用协程来实现高并发就是一个好的方案。Python 中有很多支持协程的第三方库和框架，其中 Gevent 就是一个比较流行的选择，它底层使用了 libev 或 libuv 等事件驱动的网络库，能够高效地处理 IO 操作，从而提高并发性能。

本文将详细介绍使用 Python 和 Gevent 编写高并发网络程序的方法，并提供两个实例供大家参考。

2. 环境准备

首先，我们需要安装 Gevent 库。可以使用 pip 命令进行安装：

pip install gevent

3. 使用 Gevent 编写高并发程序

3.1 协程与异步 IO

在使用 Gevent 编写高并发程序时，我们需要先了解协程和异步 IO 的概念。

协程（Coroutine）是一种与线程或进程不同的并发编程模型，它是一种用户级的轻量级线程，可以在一个线程内执行，避免了线程切换的开销，也可以通过协程调度器来实现并发执行。

异步 IO（Asynchronous I/O）是指在 IO 操作（如读写文件、网络请求等）时，程序不会等待 IO 操作完成再执行其他操作，而是继续执行其他任务，当 IO 操作完成后再去处理其结果。这种机制可以提高程序的执行效率。

Gevent 将协程和异步 IO 结合在一起，提供了一种简单易用的方式来实现高并发。

3.2 使用 Gevent 实现 IO 操作

下面是一个简单的使用 Gevent 执行 IO 操作的例子：

import gevent
from gevent import monkey

monkey.patch_all()

import urllib.request

def get_url(url):
    response = urllib.request.urlopen(url)
    print(response.read())

gevent.joinall([
    gevent.spawn(get_url, 'https://www.baidu.com'),
    gevent.spawn(get_url, 'https://www.google.com'),
    gevent.spawn(get_url, 'https://cn.bing.com')
])

上述代码使用 Gevent 实现了并发请求三个网站的首页，并输出返回的 HTML 代码。

可以看到，我们先通过monkey.patch_all()函数将 Python 标准库中的阻塞 IO 操作改写成协程形式，从而实现协程并发。然后，通过gevent.spawn()函数来创建协程，并使用gevent.joinall()函数来等待协程执行完毕。

3.3 使用 Gevent 实现网络服务器

除了执行 IO 操作外，我们也可以使用 Gevent 来实现网络服务器。下面是一个简单的 Echo 服务器的例子：

import gevent
from gevent import socket, monkey

monkey.patch_all()

def handle(conn):
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        conn.send(data)

def server():
    address = ('0.0.0.0', 8888)
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    s.bind(address)
    s.listen(5)

    while True:
        conn, addr = s.accept()
        print('New connection from %s:%s' % addr)

        gevent.spawn(handle, conn)

if __name__ == '__main__':
    server()

服务器通过socket模块来进行网络通信，通过monkey.patch_all()函数对阻塞 IO 进行改写，然后通过gevent.spawn()函数创建协程来处理客户端的连接请求，从而实现高并发。

4. 示例说明

4.1 示例一：高并发下载器

下面是一个简单的高并发下载器的例子，它可以在一定程度上提高下载速度：

import gevent
from gevent import monkey; monkey.patch_all()
import urllib.request

def download(url):
    response = urllib.request.urlopen(url)
    filename = url.split('/')[-1]
    with open(filename, 'wb') as f:
       f.write(response.read())
    print('Downloaded %s' % url)

def main():
    urls = [
        'https://www.python.org',
        'https://www.baidu.com',
        'https://www.google.com'
    ]

    jobs = [gevent.spawn(download, url) for url in urls]
    gevent.joinall(jobs)

if __name__ == '__main__':
    main()

上述代码使用 Gevent 实现了并发下载三个网站的首页。我们利用gevent.spawn()函数对每个下载任务创建协程，并由gevent.joinall()函数等待协程执行完毕。

4.2 示例二：高并发 Web 服务器

下面是一个简单的高并发 Web 服务器的例子，它可以支持并发客户端的请求：

import gevent
from gevent import socket, monkey

monkey.patch_all()

def handle(conn):
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        if not data:
            break
        print(data.decode())
        conn.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\nHello, World!')

def server():
    address = ('0.0.0.0', 8000)
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    s.bind(address)
    s.listen(5)

    print('Server started on port %s' % address[1])

    while True:
        conn, addr = s.accept()
        print('New connection from %s:%s' % addr)

        gevent.spawn(handle, conn)

if __name__ == '__main__':
    server()

上述代码使用 Gevent 实现了一个简单的 Web 服务器，支持并发客户端的请求。我们利用gevent.spawn()函数对每个请求创建协程，并通过协程来处理客户端的请求。

5. 结论

Gevent 是一个高性能的 Python 并发编程库，能够为 Python 程序提供高效的协程并发支持，可以用来实现高并发网络程序或繁忙的 IO 操作。本文通过两个实例介绍了如何使用 Gevent 实现高并发代码。