Python Twisted网络编程框架与异步编程入门学习教程(十七)-转载

原作出处:twisted-intro-cn  作者:Dave  译者:杨晓伟  luocheng  likebeta

转载声明:版权归原作出处所有,转载只为让更多人看到这部优秀作品合集,如果侵权,请留言告知
感  谢:感谢 杨晓伟  luocheng  likebeta 为国内Twisted Coder做的里程碑级贡献

其  它:能访问到Github的童鞋,请访问出处链接。因为出处排版相当棒!

简介

这部分我们将回到”回调”这个主题.我们将介绍另外一种写回调函数的方法,即在Twisted中使用 generators. 我们将演示如何使用这种方法并且与使用”纯” Deferreds 进行对比. 最后, 我们将使用这种技术重写诗歌客户端. 但首先我们来回顾一下 generators的工作原理,以便弄清楚它为何是创建回调的候选方法.

简要回顾生成器

你可能知道, 一个Python生成器是一个”可重启的函数”,它是在函数体中用 yield 语句创建的. 这样做可以使这个函数变成一个”生成器函数”,它返回一个”iterator“可以用来以一系列步骤运行这个函数. 每次迭代循环都会重启这个函数,继续执行到下一个yield 语句.

生成器(和迭代器)通常被用来代表以惰性方式创建的值序列. 看一下以下文件中的代码 inline-callbacks/gen-1.py:

 

这里我们用生成器创建了1,2,3序列. 如果你运行这些代码,会看到在生成器上做迭代时,生成器中的 print 与循环语句中的print 语句交错出现.

以下自定义迭代器代码使上面的说法更加明显(inline-callbacks/gen-2.py):

 

把它视作一个序列,生成器仅仅是获取连续值的一个对象.但我们也可以以生成器本身的角度看问题:

  1. 生成器函数在被循环调用之前并没有执行(使用 next 方法).
  2. 一旦生成器开始运行,它将一直执行直到返回”循环”(使用 yield)
  3. 当循环中运行其他代码时(如 print 语句),生成器则没有运行.
  4. 当生成器运行时, 则循环没有运行(等待生成器返回前它被”阻滞”了).
  5. 一旦生成器将控制交还到循环,再启动可能需要等待任意时间(其间任意量的代码可能被执行).

这与异步系统中的回调工作方式非常类似. 我们可以把 while 循环视作 reactor, 把生成器视作一系列由 yield 语句分隔的回调函数. 有趣的是, 所有的回调分享相同的局部变量名空间, 而且名空间在不同回调中保持一致.

进一步,你可以一次激活多个生成器(参考例子 inline-callbacks/gen-3.py),使得它们的”回调”互相交错,就像在Twisted系统中独立运行的异步程序.

然而,这种方法还是有一些欠缺.回调不仅仅被 reactor 调用, 它还能接受信息.作为 deferred 链的一部分,回调要么接收Python值形式的一个结果,要么接收 Failure 形式的一个错误.

从Python2.5开始,生成器功能被扩展了.当你再次启动生成器时,可以给它发送信息,如 inline-callbacks/gen-4.py 所示:

 

在Python2.5以后的版本中, yield 语句是一个计算值的表达式.重新启动生成器的代码可以使用 send 方法代替 next 决定它的值(如果使用 next 则值为 None), 而且你还可以在迭代器内部使用 throw 方法抛出任何异常. 是不是很酷?

内联回调

根据我们刚刚回顾的可以向生成器发送值或抛出异常的特性,可以设想它是像 deferred 中的一系列回调,即可以接收结果或错误. 每个回调被 yield 分隔,每一个 yield 表达式的值是下一个回调的结果(或者 yield 抛出异常表示错误).图35显示相应概念:

作为回调序列的生成器
图35 作为回调序列的生成器

现在一系列回调以 deferred 方式被链接在一起,每个回调从它前面的回调接收结果.生成器很容易做到这一点——当再次启动生成器时,仅仅使用 send 发送上一次调用生成器的结果( yield 产生的值).但这看起来有点笨,既然生成器从开始就计算这个值,为什么还需要把它发送回来? 生成器可以将这个值储存在一个变量中供下一次使用. 因此这到底是为什么呢?

回忆一下我们在第十三节中所学, deferred 中的回调还可以返回 deferred 本身. 在这种情况下, 外层的 deferred 先暂停等待内层的 deferred 激发,接下来外层 deferred 链使用内层 deferred 的返回结果(或错误)激发后续的回调(或错误回调).

所以设想我们的生成器生成一个 deferred 对象而不是一个普通的Python值. 这时生成器会自动”暂停”;生成器总是在每个yield 语句后暂停直到被显示的重启.因而我们可以延迟它的重启直到 deferred 被激发, 届时我们会使用 send 方法发送值(如果 deferred 成功)或者抛出异常(如果 deferred 失败).这就使我们的生成器成为一个真正的异步回调序列,这正是twisted.internet.deferinlineCallbacks 函数背后的概念.

进一步讨论内联回调

考虑以下例程, 位于 inline-callbacks/inline-callbacks-1.py:

 

运行这个例子可以看到生成器运行到最后并终止了 reactor, 这个例子展示了 inlineCallbacks 函数的很多方面.

首先, inlineCallbacks 是一个修饰器,它总是修饰生成器函数,如那些使用 yield 语句的函数. inlineCallbacks 唯一的目的是将一个生成器按照上述策略转化为一系列异步回调.

第二,当我们调用一个用 inlineCallbacks 修饰的函数时,不需要自己调用 sendthrow 方法.修饰符会帮助我们处理细节,并确保生成器运行到结束(假设它不抛出异常).

第三,如果我们从生成器生成一个非延迟值,它将以 yield 生成的值立即重启.

最后,如果我们从生成器生成一个 deferred,它不会重启除非此 deferred 被激发.如果 deferred 成功返回,则 yield 的结果就是 deferred 的结果.如果 deferred 失败了,则 yield 会抛出异常. 注意这个异常仅仅是一个普通的 Exception 对象,而不是Failure,我们可以在 yield 外面用 try/except 块捕获它们.

在上面的例子中,我们仅用 callLater 在一小段时间之后去激发 deferred.虽然这是一种将非阻塞延迟放入回调链的实用方法,但通常我们会生成一个 deferred,它是被生成器中其他的异步操作(如 get_poetry)返回的.

OK,现在我们知道了 inlineCallbacks 修饰的函数是如何运行的,但当你实际调用时会返回什么值呢?正如你认为的,将得到deferred.由于不能确切地知道生成器何时停止(它可能生成一个或多个 deferred),装饰函数本身是异步的,所以 deferred 是一个合适的返回值.注意这个 返回的deferred 并不是生成器中 yield 生成的 deferred.相反,它在生成器完全结束(或抛出异常)后才被激发.

如果生成器抛出一个异常,那么返回的 deferred 将激发它的错误回调链,把异常包含在一个 Failure 中. 但是如果我们希望生成器返回一个正常值,必须使用 defer.returnValue 函数. 像普通 return 语句一样,它也会终止生成器(实际会抛出一个特殊异常).例子 inline-callbacks/inline-callbacks-2.py 说明了这两种可能.

客户端7.0

让我们在新版本的诗歌客户端中加入 inlineCallbacks,你可以在 twisted-client-7/get-poetry.py 中查看源代码.也许你需要与客户端6.0—— twisted-client-6/get-poetry.py 进行对比,它们的不同位于 poetry_main:

 

在这个新版本里, inlineCallbacks 生成函数 get_transformed_poem 负责取回诗歌并且进行转换(通过转换服务).由于这两个操作都是异步的,我们每次生成一个 deferred 并且隐式地等待结果.与客户端6.0一样,如果变换失败则返回原始诗歌.我们可以使用try/except 语句捕获生成器中的异步错误.

我们以先前的方式测试新版客户端. 首先启动一个变换服务:

然后启动两个诗歌服务器:

现在可以运行新的客户端:

试试关闭一个或多个服务器,看一看客户端如何捕获错误.

讨论

就像 Deferred 对象, inlineCallbacks 函数给我们一种组织异步回调的新方式.使用 deferred, inllineCallbacks 并不会改变游戏规则.我们的回调仍然一次调用一个回调,它们仍然被 reactor 调用.我们可以通过打印内联回调的回溯堆栈信息来证实这一点,参见脚本 inline-callbacks/inline-callbacks-tb.py.运行此代码你将首先获得一个关于 reactor.run() 的回溯,然后是许多帮助函数信息,最后是我们的回调.

图29解释了当 deferred 中一个回调返回另一个 deferred 时会发生什么,我们调整它来展示当一个 inlineCallbacks 生成器生成一个 deferred 时会发生什么,参考图36:

inlineCallbacks 函数中的控制流
图36 inlineCallbacks 函数中的控制流

同样的图对两种情况都适用,因为它们表示的想法都是一样的 —— 一个异步操作正在等待另一个操作.

由于 inlineCallbacksdeferred 解决许多相同的问题,在它们之间如何选择呢?下面列出一些 inlineCallbacks 的潜在优势.

  • 由于回调共享同一个命名空间,因此没有必要传递额外状态.
  • 回调的顺序很容易看到,因为它总是从上到下执行.
  • 节省了每个回调函数的声明和隐式控制流,通常可以减少输入工作量.
  • 可以使用熟悉的 try/except 语句处理错误.

当然也存在一些缺陷:

  • 生成器中的回调不能被单独调用,这使代码重用比较困难.而构造 deferred 的代码则能够以任意顺序自由地添加任何回调.
  • 生成器的紧致性可能混淆一个事实,其实异步回调非常晦涩.尽管生成器看起来像一个普通的函数序列,但是它的行为却非常不一样. inlineCallbacks 函数不是一种避免学习异步编程模型的方式.

就像任何技术,实践将积累出必要的经验,帮你做出明智选择.

总结

在这个部分,我们学习了 inlineCallbacks 装饰器以及它怎样使我们能够以Python生成器的形式表达一系列异步回调.

在第十八节中,我们将学习一种管理 一组 “并行”异步操作的技术.

参考练习

  1. 为什么 inlineCallbacks 函数是复数(形式)?
  2. 研究 inlineCallbacks 的实现以及它们帮助函数 _inlineCallbacks. 并思考短语”魔鬼在细节处”.
  3. 有N个 yield 语句的生成器中包含多少个回调,假设其中没有循环或者 if 语句?
  4. 诗歌客户端7.0可能同时运行三个生成器.概念上,它们之间有多少种不同的交错方式?考虑诗歌客户端和 inlineCallbacks的实现,你认为实际有多少种可能?
  5. 把客户端7.0中的 got_poem 放入到生成器中.
  6. poem_done 回调放入生成器.小心!确保处理所有失败情况以便无论怎样 reactor 都会关闭.与使用 deferred 关闭reactor 对比代码有何不同?
  7. 一个在 while 循环中使用 yield 语句的生成器代表一个概念上的无限序列.那么同样的装饰有 inlineCallbacks 的生成器又代表什么呢?

参考

本部分原作参见: dave @ http://krondo.com/blog/?p=2441

本部分翻译内容参见luocheng @ https://github.com/luocheng/twisted-intro-cn/blob/master/p17.rst

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