这一篇主要想跟大家分享一下 Gevent 实现的基础逻辑，也是有同学对这个很感兴趣，所以贴出来跟大家一起分享一下。
Greenlet
我们知道 Gevent 是基于 Greenlet 实现的，greenlet 有的时候也被叫做微线程或者协程。其实 Greenlet 本身非常简单，其自身实现的功能也非常直接。区别于常规的编程思路——顺序执行、调用进栈、返回出栈—— Greenlet 提供了一种在不同的调用栈之间自由跳跃的功能。从一个简单的例子来看一下吧（摘自官方文档）：
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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，每一个 greenlet 就是一个调用栈——您可以把他想象成一个线程，只不过真正的线程可以并行执行，而同一时刻只能有一个 greenlet 在执行（同一线程里）。正如例子中最后三句话，我们创建了 gr1 和 gr2 两个不同的调用栈空间，入口函数分别是 test1 和 test2；这最后一句 gr1.switch() 得多解释一点。
因为除了 gr1 和 gr2，我们还有一个栈空间，也就是所有 Python 程序都得有的默认的栈空间——我们暂且称之为 main，而这一句 gr1.switch() 恰恰实现了从 main 到 gr1 的跳跃，也就是从当前的栈跳到指定的栈。这时，就犹如常规调用 test1() 一样，gr1.switch() 的调用暂时不会返回结果，程序会跳转到 test1 继续执行；只不过区别于普通函数调用时 test1() 会向当前栈压栈，而 gr1.switch() 则会将当前栈存档，替换成 gr1 的栈。如图所示：
对于这种栈的切换，我们有时也称之为执行权的转移，或者说 main 交出了执行权，同时 gr1 获得了执行权。Greenlet 在底层是用汇编实现的这样的切换：把当前的栈（main）相关的寄存器啊什么的保存到内存里，然后把原本保存在内存里的 gr1 的相关信息恢复到寄存器里。这种操作速度非常快，比操作系统对多进程调度的上下文切换还要快。代码在这里，有兴趣的同学可以一起研究一下（其中 switch_x32_unix.h 是我写的哈哈）。
回到前面的例子，最后一句 gr1.switch() 调用将执行点跳到了 gr1 的第一句，于是输出了 12。随后顺序执行到 gr2.switch()，继而跳转到 gr2 的第一句，于是输出了 56。接着又是 gr1.switch()，跳回到 gr1，从之前跳出的地方继续——对 gr1 而言就是 gr2.switch() 的调用返回了结果 None，然后输出 34。
这个时候 test1 执行到头了，gr1 的栈里面空了。Greenlet 设计了 parent greenlet 的概念，就是说，当一个 greenlet 的入口函数执行完之后，会自动切换回其 parent。默认情况下，greenlet 的 parent 就是创建该 greenlet 时所在的那个栈，前面的例子中，gr1 和 gr2 都是在 main 里被创建的，所以他们俩的 parent 都是 main。所以当 gr1 结束的时候，会回到 main 的最后一句，接着 main 结束了，所以整个程序也就结束了——78 从来没有被执行到过。另外，greenlet 的 parent 也可以手工设置。
简单来看，greenlet 只是为 Python 语言增加了创建多条执行序列的功能，而且多条执行序列之间的切换还必须得手动显式调用 switch() 才行；这些都跟异步 I/O 没有必然关系。
gevent.sleep
接着来看 Gevent。最简单的一个 Gevent 示例就是这样的了：
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import gevent gevent.sleep(1) |
貌似非常简单的一个 sleep，却包含了 Gevent 的关键结构，让我们仔细看一下 sleep 的实现吧。代码在 gevent/hub.py：
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def sleep(seconds=0): hub = get_hub() loop = hub.loop hub.wait(loop.timer(seconds)) |
这里我把一些当前用不着的代码做了一些清理，只留下了三句关键的代码，其中就有 Gevent 的两个关键的部件——hub 和 loop。loop 是 Gevent 的核心部件，也就是主循环核心，默认是用 Cython 写的 libev 的包装（所以性能杠杠滴），稍后会在详细提到它。hub 则是一个 greenlet，里面跑着 loop。
hub 是一个单例，从 get_hub() 的源码就可以看出来：
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import _thread _threadlocal = _thread._local() def get_hub(*args, **kwargs): global _threadlocal try: return _threadlocal.hub except AttributeError: hubtype = get_hub_class() hub = _threadlocal.hub = hubtype(*args, **kwargs) return hub |
所以第一次执行 get_hub() 的时候，就会创建一个 hub 实例：
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class Hub(greenlet): loop_class = config('gevent.core.loop', 'GEVENT_LOOP') def __init__(self): greenlet.__init__(self) loop_class = _import(self.loop_class) self.loop = loop_class() |
同样这是一段精简了的代码，反映了一个 hub 的关键属性——loop。loop 实例随着 hub 实例的创建而创建，默认的 loop 就是 gevent/core.ppyx 里的 class loop，也可以通过环境变量 GEVENT_LOOP 来自定义。
值得注意的是，截止到 hub = get_hub() 和 loop = hub.loop，我们都只是创建了 hub 和 loop，并没有真正开始跑我们的主循环。稍安勿躁，第三句就要开始了。
loop 有一堆接口，对应着底层 libev 的各个功能，详见此处。我们这里用到的是 timer(seconds)，该函数返回的是一个 watcher 对象，对应着底层 libev 的 watcher 概念。我们大概能猜到，这个 watcher 对象会在几秒钟之后做一些什么事情，但是具体怎么做，让我们一起看看 hub.wait() 的实现吧。
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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，每一个 greenlet 就是一个调用栈——您可以把他想象成一个线程，只不过真正的线程可以并行执行，而同一时刻只能有一个 greenlet 在执行（同一线程里）。正如例子中最后三句话，我们创建了 gr1 和 gr2 两个不同的调用栈空间，入口函数分别是 test1 和 test2；这最后一句 gr1.switch() 得多解释一点。
因为除了 gr1 和 gr2，我们还有一个栈空间，也就是所有 Python 程序都得有的默认的栈空间——我们暂且称之为 main，而这一句 gr1.switch() 恰恰实现了从 main 到 gr1 的跳跃，也就是从当前的栈跳到指定的栈。这时，就犹如常规调用 test1() 一样，gr1.switch() 的调用暂时不会返回结果，程序会跳转到 test1 继续执行；只不过区别于普通函数调用时 test1() 会向当前栈压栈，而 gr1.switch() 则会将当前栈存档，替换成 gr1 的栈。如图所示：
对于这种栈的切换，我们有时也称之为执行权的转移，或者说 main 交出了执行权，同时 gr1 获得了执行权。Greenlet 在底层是用汇编实现的这样的切换：把当前的栈（main）相关的寄存器啊什么的保存到内存里，然后把原本保存在内存里的 gr1 的相关信息恢复到寄存器里。这种操作速度非常快，比操作系统对多进程调度的上下文切换还要快。代码在这里，有兴趣的同学可以一起研究一下（其中 switch_x32_unix.h 是我写的哈哈）。
回到前面的例子，最后一句 gr1.switch() 调用将执行点跳到了 gr1 的第一句，于是输出了 12。随后顺序执行到 gr2.switch()，继而跳转到 gr2 的第一句，于是输出了 56。接着又是 gr1.switch()，跳回到 gr1，从之前跳出的地方继续——对 gr1 而言就是 gr2.switch() 的调用返回了结果 None，然后输出 34。
这个时候 test1 执行到头了，gr1 的栈里面空了。Greenlet 设计了 parent greenlet 的概念，就是说，当一个 greenlet 的入口函数执行完之后，会自动切换回其 parent。默认情况下，greenlet 的 parent 就是创建该 greenlet 时所在的那个栈，前面的例子中，gr1 和 gr2 都是在 main 里被创建的，所以他们俩的 parent 都是 main。所以当 gr1 结束的时候，会回到 main 的最后一句，接着 main 结束了，所以整个程序也就结束了——78 从来没有被执行到过。另外，greenlet 的 parent 也可以手工设置。
简单来看，greenlet 只是为 Python 语言增加了创建多条执行序列的功能，而且多条执行序列之间的切换还必须得手动显式调用 switch() 才行；这些都跟异步 I/O 没有必然关系。
gevent.sleep
接着来看 Gevent。最简单的一个 Gevent 示例就是这样的了：
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import gevent gevent.sleep(1) |
貌似非常简单的一个 sleep，却包含了 Gevent 的关键结构，让我们仔细看一下 sleep 的实现吧。代码在 gevent/hub.py：
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def sleep(seconds=0): hub = get_hub() loop = hub.loop hub.wait(loop.timer(seconds)) |
这里我把一些当前用不着的代码做了一些清理，只留下了三句关键的代码，其中就有 Gevent 的两个关键的部件——hub 和 loop。loop 是 Gevent 的核心部件，也就是主循环核心，默认是用 Cython 写的 libev 的包装（所以性能杠杠滴），稍后会在详细提到它。hub 则是一个 greenlet，里面跑着 loop。
hub 是一个单例，从 get_hub() 的源码就可以看出来：
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import _thread _threadlocal = _thread._local() def get_hub(*args, **kwargs): global _threadlocal try: return _threadlocal.hub except AttributeError: hubtype = get_hub_class() hub = _threadlocal.hub = hubtype(*args, **kwargs) return hub |
所以第一次执行 get_hub() 的时候，就会创建一个 hub 实例：
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class Hub(greenlet): loop_class = config('gevent.core.loop', 'GEVENT_LOOP') def __init__(self): greenlet.__init__(self) loop_class = _import(self.loop_class) self.loop = loop_class() |
同样这是一段精简了的代码，反映了一个 hub 的关键属性——loop。loop 实例随着 hub 实例的创建而创建，默认的 loop 就是 gevent/core.ppyx 里的 class loop，也可以通过环境变量 GEVENT_LOOP 来自定义。
值得注意的是，截止到 hub = get_hub() 和 loop = hub.loop，我们都只是创建了 hub 和 loop，并没有真正开始跑我们的主循环。稍安勿躁，第三句就要开始了。
loop 有一堆接口，对应着底层 libev 的各个功能，详见此处。我们这里用到的是 timer(seconds)，该函数返回的是一个 watcher 对象，对应着底层 libev 的 watcher 概念。我们大概能猜到，这个 watcher 对象会在几秒钟之后做一些什么事情，但是具体怎么做，让我们一起看看 hub.wait() 的实现吧。
