摘要：協(xié)程的基本行為協(xié)程包含四種狀態(tài)等待開始執(zhí)行。協(xié)程中重要的兩個(gè)方法調(diào)用方把數(shù)據(jù)提供給協(xié)程。注意使用調(diào)用協(xié)程時(shí)會(huì)自動(dòng)預(yù)激，因此與裝飾器不兼容標(biāo)準(zhǔn)庫中的裝飾器不會(huì)預(yù)激協(xié)程，因此能兼容句法。因此，終止協(xié)程的本質(zhì)在于向協(xié)程發(fā)送其無法處理的異常。

導(dǎo)語：本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之控制流程篇的重點(diǎn)知識(shí)及個(gè)人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點(diǎn)：

1、掌握協(xié)程的概念與行為；
2、掌握協(xié)程中的預(yù)激，終止和異常處理；
3、深入理解yield from的本質(zhì)作用。

協(xié)程：指的是與調(diào)用方協(xié)作，產(chǎn)出由調(diào)用方提供的值。
語法結(jié)構(gòu)：協(xié)程是定義體中包含yield關(guān)鍵字的函數(shù)，一般使用生成器函數(shù)定義。
意義：協(xié)程中的yield關(guān)鍵字是一種控制流程工具。即不管數(shù)據(jù)如何流動(dòng)，協(xié)程都會(huì)把控制權(quán)讓步給中心調(diào)度程序，從而激活其他的協(xié)程實(shí)現(xiàn)協(xié)作式多任務(wù)。

協(xié)程包含四種狀態(tài)：

GEN_CREATED：等待開始執(zhí)行。

GEN_RUNNING：解釋器正在執(zhí)行。

GEN_SUSPENDED：在yield表達(dá)式處暫停。

GEN_CLOSED：執(zhí)行結(jié)束。

可使用inspect.getgeneratorstate(...)查詢協(xié)程所處的狀態(tài)。

協(xié)程中重要的兩個(gè)方法：

.send(datum)：調(diào)用方把數(shù)據(jù)提供給協(xié)程。

next(coroutine)：預(yù)激協(xié)程。

協(xié)程返回值：自Python3.3實(shí)現(xiàn)PEP 380以來對(duì)生成器函數(shù)做了兩處改動(dòng)，一處是生成器可以返回值。

下面將利用協(xié)程計(jì)算用戶傳入若干數(shù)值的平均值。

def average():
    total=0.0
    number=0
    average=None
    while True:
        term=yield average
        total+=term
        number+=1
        average=total/number
        print(average)

process=average()
next(process)#預(yù)激協(xié)程
process.send(5)#輸出5
process.send(10)#輸出7.5
process.send(15) #輸出10.0

小結(jié)：協(xié)程執(zhí)行首先需要預(yù)激，使之準(zhǔn)備好然后讓步控制權(quán)。具體地說，協(xié)程在yield關(guān)鍵字所在的位置暫停執(zhí)行。在term=yield average這個(gè) 賦值語句中，右邊的代碼會(huì)在賦值之前執(zhí)行。 在暫停結(jié)束后，從先前阻塞的那行代碼開始，將yield 表達(dá)式的值賦給左邊的變量。

實(shí)例2：令協(xié)程返回值

from collections import namedtuple

Result = namedtuple("result","average count")

def average():
    total = 0.0
    number = 0
    average = None
    while True:
        term = yield
        if term is None:
            break
        total += term
        number += 1
        average=total/number
    return Result(average,number) 

分析：當(dāng)協(xié)程終止時(shí)，可以在return表達(dá)式中返回值。并且return表達(dá)式通過把值綁定到StopIteration的value屬性上傳給調(diào)用方返回值。事實(shí)上這也符合生成器的常規(guī)行為——耗盡時(shí)拋出StopIteration異常。

協(xié)程在使用前須預(yù)激，讓協(xié)程向前執(zhí)行到第一個(gè)yield表達(dá)式，準(zhǔn)備好作為活躍的協(xié)程使用。
預(yù)激的本質(zhì)方法：

next(coroutine)：常見的標(biāo)準(zhǔn)方法。

同時(shí)首次發(fā)送coroutine.send(None)也可以調(diào)用next(coroutine)，實(shí)現(xiàn)相同功能，但缺乏可讀性。

基于本質(zhì)方法，我們衍生出自定義預(yù)激協(xié)程的裝飾器的方法，避免忘記預(yù)激協(xié)程。
coroutine:預(yù)激協(xié)程的裝飾器

from functools import wraps
def coroutine(func):
    @wraps(func)#把func相關(guān)屬性復(fù)制過來
    def manage(*args,**kwargs):
        gen=func(*args,**kwargs)#獲取生成器對(duì)象
        next(gen)#預(yù)激協(xié)程
        return gen#返回協(xié)程
    return manage

只需將@coroutine語法糖加在生成器函數(shù)上，就可以通過構(gòu)造生成器對(duì)象獲取活躍的協(xié)程。
注意：

使用yield from調(diào)用協(xié)程時(shí)會(huì)自動(dòng)預(yù)激，因此與@coroutine裝飾器不兼容；

Python3.4標(biāo)準(zhǔn)庫中的asyncio.coroutine裝飾器不會(huì)預(yù)激協(xié)程，因此能兼容yield from句法。

協(xié)程中未處理的異常會(huì)向上冒泡，傳給next函數(shù)或send方法的調(diào)用方。
因此，終止協(xié)程的本質(zhì)在于向協(xié)程發(fā)送其無法處理的異常。下面介紹三種方法終止協(xié)程：

發(fā)送哨符值。常用None和Ellipsis，甚至StopIteration類也可以發(fā)送。

generator.throw(exc_type[,exc_value[,traceback]])
令生成器在暫停的yield表達(dá)式處拋出指定的異常。若生成器處理了此異常，則生成器向前執(zhí)行到下一個(gè)yield表達(dá)式，而產(chǎn)出的值會(huì)成為調(diào)用generator.throw得到的返回值。否則，異常會(huì)向上冒泡，傳到調(diào)用方的上下文中。

generator.close()
令生成器在暫停的yield表達(dá)式處拋出GeneratorExit異常。如果生成器不處理此異常，或者跑出來StopIteration，調(diào)用方不會(huì)報(bào)錯(cuò)。如果收到GeneratorExit異常，生成器一定不能產(chǎn)出值，否則解釋器會(huì)拋出RuntimeError異常。

后兩種方法是自Python2.5開始顯式發(fā)送異常的兩個(gè)方法，建議使用后兩種方法來終止協(xié)程。

在使用協(xié)程的過程中會(huì)產(chǎn)生一些需要處理的異常，此時(shí)可利用try/except處理。如果不管協(xié)程如何結(jié)束都要做一些清理工作，請(qǐng)使用try/finally處理。

實(shí)例1：使用try/finally在協(xié)程終止時(shí)執(zhí)行操作

class DemoException(Exception):
"""為這次演示定義的異常類型。 """
    def demo_finally():
        print("-> coroutine started")
        try:
            while True:
                try:
                   x = yield
                except DemoException:
                   print("*** DemoException handled. Continuing...")
                else:
                   print("-> coroutine received: {!r}".format(x))
        finally:
            print("-> coroutine ending")

作用介紹：
本質(zhì)作用是打開雙向通道，把最外層的調(diào)用方與最內(nèi)層的子生成器連接起來，這樣兩者可以直接發(fā)送和產(chǎn)出值，還可以直接傳入異常。
替代產(chǎn)出值的嵌套for循環(huán)。

執(zhí)行機(jī)制：
（1）在生成器gen中使用yield from subgen()時(shí)，subgen會(huì)獲得控制權(quán)，把產(chǎn)出的值傳給gen的調(diào)用方，即調(diào)用方可以直接控制subgen。與此同時(shí)，gen會(huì)阻塞，等待subgen終止。
（2）yield from結(jié)構(gòu)會(huì)在內(nèi)部自動(dòng)捕獲StopIteration異常，還會(huì)把對(duì)應(yīng)的value屬性值變成yield from表達(dá)式的值。

實(shí)例1：對(duì)yield from架構(gòu)雙向通道本質(zhì)的深入理解
下面我們結(jié)合實(shí)例深入理解yield from結(jié)構(gòu)。假設(shè)我們需要利用yield from分別計(jì)算一個(gè)班級(jí)男女生身高和體重的平均值，并予以輸出。采用“外部調(diào)用方+委派生成器+子生成器”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)示意圖如下：

實(shí)例代碼：

from collections import namedtuple
Result=namedtuple("Result","average number")

def subaverager():#子生成器經(jīng)委派生成器處理外部數(shù)據(jù)，并將值返回給委派生成器。
    total = 0.0
    number = 0
    average = None
    while True:
        term = yield
        if term is None:#外部調(diào)用方控制子生成器終止的關(guān)鍵語句。
            break
        total += term
        number += 1
        average=total/number
    return Result(average,number)

def averager(results,key):#委托生成器架構(gòu)雙向通道。
    while True:#避免StopIteration。當(dāng)?shù)玫阶由善鞯姆祷刂禃r(shí)，程序會(huì)執(zhí)行到下一個(gè)yield。
        results[key]=yield from subaverager()

def main(grouper):
    results={}
    for key,group in grouper.items():
        term = averager(results,key)#構(gòu)建生成器對(duì)象。
        next(term)
        for value in group:
            term.send(value)
        term.send(None)#外部調(diào)用方控制子生成器終止的語句。
        print(results)
    result(results)

def result(results):#格式化輸出協(xié)程返回的處理數(shù)據(jù)。
    for key,value in results.items():
        gender,unit=key.split(";")
        print("{} {} averaging {:.2f} {}.".format(
            value.number,gender,value.average,unit))

data = {
"girls;kg":
[40.9, 38.5, 44.3, 42.2, 45.2, 41.7, 44.5, 38.0, 40.6, 44.5],
"girls;m":
[1.6, 1.51, 1.4, 1.3, 1.41, 1.39, 1.33, 1.46, 1.45, 1.43],
"boys;kg":
[39.0, 40.8, 43.2, 40.8, 43.1, 38.6, 41.4, 40.6, 36.3],
"boys;m":
[1.38, 1.5, 1.32, 1.25, 1.37, 1.48, 1.25, 1.49, 1.46],
}

if __name__=="__main__":
    main(data)

思路擴(kuò)展：上例展示的結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)委派生成器和一個(gè)子生成器。事實(shí)上，這種調(diào)用關(guān)系可以擴(kuò)展到更多的委托生成器上。即把多個(gè)委派生成器連接到一起。一個(gè)委派生成器調(diào)用另一個(gè)子生成器，這個(gè)子生成器本身也是委派生成器。這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)最終以一個(gè)只使用yield的簡(jiǎn)單生成器結(jié)束，或者任何的可迭代對(duì)象結(jié)束。

實(shí)例2：替代產(chǎn)出值的嵌套for循環(huán)

def gen():
for c in "AB":
 yield c
 for i in range(1, 3):
 yield i
print(list(gen()))#輸出["A", "B", 1, 2]

可以簡(jiǎn)化成：

def gen():
yield from "AB"
yield from range(1, 3)
print(list(gen()))#輸出["A", "B", 1, 2]

子生成器產(chǎn)出的值都直接傳給委派生成器的調(diào)用方。

使用send()方法發(fā)給委派生成器的值都直接傳給子生成器。如果發(fā)送None會(huì)調(diào)用生成器的__next__()方法。如果發(fā)送的不是None，那么委派生成器恢復(fù)運(yùn)行。任何其他異常都會(huì)向上冒泡，傳給委派生成器。

生成器退出時(shí)，生成器中的return表達(dá)式會(huì)觸發(fā)StopIteration(expr)異常拋出。

yield from表達(dá)式的值是子生成器終止時(shí)傳給StopIteration異常的第一個(gè)參數(shù)。

傳入委派生成器的異常，除了GeneratorExit之外都傳給子生成器的throw()方法。如果調(diào)用throw()方法時(shí)拋出StopIteration異常，委派生成器恢復(fù)運(yùn)行。StopIteration之外的異常會(huì)向上冒泡，傳給委派生成器。

如果把 GeneratorExit 異常傳入委派生成器， 或者在委派生成器上調(diào)用 close() 方法， 那么在子生成器上調(diào)用 close() 方法， 如果它有的話。 如果調(diào)用 close() 方法導(dǎo)致異常拋出， 那么異常會(huì)向上冒泡， 傳給委派生成器； 否則， 委派生成器拋出GeneratorExit 異常。

生成器用于生成供迭代的數(shù)據(jù)。

協(xié)程是數(shù)據(jù)的消費(fèi)者，能完成協(xié)作式多任務(wù)活動(dòng)。

協(xié)程與迭代無關(guān)。盡管在協(xié)程中會(huì)使用 yield 產(chǎn)出值， 但這與迭代無關(guān)。