Python使用GeekConcurrent实现量化编程_Python

在现代软件开发中，并发编程是提高程序性能和响应能力的关键。python语言以其简洁易读的语法和强大的库支持受到广大程序员的喜爱，但在处理高并发任务时，python也面临一些挑战。本文将介绍python中的协程并发编程以及如何使用geekconcurrent库来实现面向量化编程，通过实例和代码帮助读者快速上手。

一、python协程并发基础

1. 协程的概念

协程（coroutine）是python中用于处理并发操作的一种方法，特别适合处理i/o-bound和事件驱动的问题，如网络请求、文件i/o、用户输入等。协程与线程相比，是单线程的，操作系统并不知道它的存在，它由python解释器控制。协程的优势在于避免了多线程的锁和多个线程之间的切换开销，可以更好地利用python的全局解释器锁（gil）。

协程的基本操作包括启动、暂停（yield）和终止。python的协程是由生成器（generator）基础演变而来的。从python 3.4引入asyncio模块开始，协程逐渐成为python处理并发的主要方式之一。python 3.5开始引入async/await关键字，使得协程的编写变得更加简洁明了。

2. 协程的基本使用

以下是一个简单的asyncio协程示例：

import asyncio
 
async def main():
    print('hello')
    await asyncio.sleep(1)
    print('world')
 
asyncio.run(main())

在这个例子中，main是一个协程函数，它使用asyncdef定义。在协程函数中，可以使用await表达式来挂起协程的执行，等待一个可能会花费一些时间的操作完成，如i/o操作。在这个例子中，我们使用await asyncio.sleep(1)来模拟一个耗时操作。注意，不能在普通的函数中使用await表达式，只能在协程函数中使用。最后，我们使用asyncio.run(main())来运行这个协程。

3. 生成器协程

python中的生成器最初是为迭代操作设计的，但是后来它们被增强，以便可以用作协程。这是通过在生成器中使用yield表达式（而不是yield语句）和send方法来实现的。

以下是一个简单的生成器协程的例子：

def simple_coroutine():
    print('coroutine started')
    x = yield
    print('coroutine received:', x)
 
my_coro = simple_coroutine()
next(my_coro)  # 启动协程
my_coro.send(42)  # 发送值到协程

在这个例子中，simple_coroutine是一个生成器函数，它在yield表达式处暂停执行。我们首先创建一个生成器对象my_coro，然后使用next函数来启动协程。然后我们使用send方法，将值发送回协程。协程从暂停的地方恢复执行，yield表达式的值就是send方法的参数。

二、geekconcurrent面向量化编程

1. geekconcurrent简介

geekconcurrent是一个高性能的并行库，提供了一种更简洁易懂的方式构建并行化代码。它通过类似的方法，允许开发者轻松地实现多线程和并发编程，同时支持各种高并发场景。geekconcurrent提供了一套易于使用的类和方法，允许开发者轻松地实现多线程、异步任务等。

2. 安装与导入geekconcurrent

在使用geekconcurrent之前，需要先进行安装。可以使用pip进行安装：

pip install geekconcurrent

安装完成后，可以在python代码中导入geekconcurrent：

from geekconcurrent import forkthread, futureset

3. 使用geekconcurrent实现并行代码

以下是一个使用geekconcurrent创建多线程任务并管理异步结果的示例：

from geekconcurrent import forkthread, futureset
import time
 
def my_function(num):
    time.sleep(2)
    return f"result from function {num}"
 
# 创建多线程任务
multi_thread = forkthread(lambda: my_function(6))
print("\n多线程任务完成:", multi_thread.result())

在这个示例中，forkthread创建了一个新任务，并在不同的线程上执行。使用result方法可以获取任务的结果。

4. 使用futureset管理异步结果

futureset用于管理多个异步任务的结果，可以提高代码的可维护性和稳定性。以下是一个使用futureset的示例：

from geekconcurrent import future, futureset
 
def compute_a():
    a = 3
    return 10 * a
 
def compute_b():
    b = 4
    return 20 * b
 
futureset = futureset(future())
with futureset:
    result_a = compute_a().result()
    result_b = compute_b().result()
 
print(f"计算完成:{result_a + result_b}")

在这个示例中，compute_a和compute_b两个任务会被并行执行。使用futureset后，我们可以同步处理多个任务的结果，并在任何任务完成后立即更新输出结果。

5. 复杂示例：处理视频文件

在创建视频剪辑时，经常需要同时处理多个视频片段。使用geekconcurrent创建多线程任务可以快速完成这些并行任务，从而提高整体制作效率。以下是一个处理视频文件的示例：

from geekconcurrent import forkthread, futureset
import time
 
def process_video_chunk(chunk):
    # 模拟处理视频片段
    time.sleep(1)
    return f"processed chunk {chunk}"
 
def process_video():
    signal = future()
    chunks = [1, 2, 3, 4]  # 视频片段列表
    for chunk in chunks:
        signal.put(chunk)  # 将片段放入信号队列
    
    results = []
    while not signal.is_empty():
        chunk = next(signal)
        result = process_video_chunk(chunk)
        results.append(result)
        time.sleep(0.5)  # 模拟后续任务等待时间
    
    return results
 
future_set = futureset(future)
with future_set:
    video1 = forkthread(lambda: process_video())
    video2 = forkthread(lambda: process_video())
 
for video in future_set.values():
    print(f"视频处理完成: {video.result()}")

在这个示例中，我们定义了一个process_video_chunk函数来模拟处理视频片段。process_video函数使用future对象来管理视频片段的处理流程。然后，我们使用forkthread创建了两个并行任务来处理两个视频文件。最后，我们使用futureset来管理这些异步任务的结果。

三、协程与geekconcurrent的结合使用

虽然geekconcurrent提供了强大的多线程和并发编程支持，但在处理i/o密集型任务时，协程仍然是一个非常好的选择。我们可以将协程与geekconcurrent结合使用，以实现更高效的并发编程。

以下是一个结合使用协程和geekconcurrent的示例：

import asyncio
from geekconcurrent import forkthread, futureset
 
async def fetch_data(url):
    # 模拟网络请求
    await asyncio.sleep(2)
    return f"data from {url}"
 
def process_urls(urls):
    tasks = [fetch_data(url) for url in urls]
    loop = asyncio.get_event_loop()
    results = loop.run_until_complete(asyncio.gather(*tasks))
    return results
 
urls = ["http://example.com/1", "http://example.com/2", "http://example.com/3"]
 
future_set = futureset(future)
with future_set:
    # 使用forkthread来并行处理url
    data_task = forkthread(lambda: process_urls(urls))
 
# 打印处理结果
print(f"数据获取完成: {data_task.result()}")

在这个示例中，我们定义了一个fetch_data协程函数来模拟网络请求。然后，我们使用process_urls函数来并行处理多个url。在process_urls函数中，我们使用asyncio.gather来并发执行多个协程任务。最后，我们使用forkthread来并行处理这些url，并使用futureset来管理异步任务的结果。