异步编程

基于 async 和 await 关键字的协程可以实现异步编程，这也是目前 Python 异步相关的主流技术。在这里我们主要介绍一下实现异步的模块：asyncio 模块。

一、asyncio 模块

asyncio 模块是 Python 中实现异步的一个模块，该模块在 Python3.4 的时候发布，async 和 await 关键字在 Python3.5 中引入。因此，想要使用asyncio模块，建议 Python 解释器的版本不要低于 Python3.5 。

二、事件循环

所谓的事件循环，我们可以把它当作是一个 while 循环，这个 while 循环在循环生命周期内运行并执行一些任务，在特定的条件下结束循环。
在编写程序的时候可以通过如下代码来获取和创建事件循环：

import asyncio

loop = asyncio.get_event_loop()

三、协程 & 异步编程

首先我们来看一下 *协程函数* ，什么是协程函数呢？直白的讲，定义为如下形式的函数，我们可以称之为协程函数，如下代码所示：

async def fn():
    pass

知道了什么是协程函数，接下来我们再来看一下什么是协程对象，所谓的协程对象就是调用协程函数之后返回的对象，我们称之为 *协程对象* ，如下代码所示：

res = fn()

注意事项：调用协程函数时，函数内部的代码不会执行，只是会返回一个协程对象！

1、基本应用

在编写程序的时候，如果想要执行协程函数内部的代码，通过 \函数名()*** 调用函数是不可以的，需要 *事件循环* 和 *协程对象**** 配合才能实现，如下代码所示：

import asyncio

async def fn():
    print('协程函数内部的代码')

def main():
    # 调用协程函数，返回一个协程对象
    res = fn()

    # 执行协程代码的方式一
    # todo：1、创建一个事件循环
    # loop = asyncio.get_event_loop()

    # todo：2、将协程当作任务提交到事件循环的任务列表中，协程执行完成之后终止
    # loop.run_until_complete(res)

    # 执行协程代码的方式二
    # 解析：第二种方式在本质上和第一种方式是相同的，其内部先创建事件循环，然后执行 run_until_complete
    # 但是要注意：该方式只支持 Python3.7+ 的解释器，因为该方式在 Python3.7 加入的。
    asyncio.run(res)

if __name__ == '__main__':
    main()

这个过程可以简单理解为：将 \协程函数*** 当做任务添加到 *事件循环* 的任务列表，然后事件循环检测列表中的*协程函数**** 是否已准备就绪（默认可理解为就绪状态），如果准备就绪则执行其内部代码。

2、await

await 是一个 只能 在协程函数中使用的关键字，用于当协程函数遇到IO操作的时候挂起当前协程（任务），当前协程挂起过程中，事件循环可以去执行其他的协程（任务），当前协程IO处理完成时，可以再次切换回来执行 await 之后的代码，怎么理解呢？请看如下代码：

*实例1*

import asyncio

async def fn():
    print('协程函数内部的代码')

    # 遇到IO操作之后挂起当前协程（任务），等IO操作完成之后再继续往下执行。
    # 当前协程挂起时，事件循环可以去执行其他协程（任务）
    response = await asyncio.sleep(2)  # 模拟遇到了IO操作

    print(f'IO请求结束，结果为：{response}')

def main():
    # 调用协程函数，返回一个协程对象
    res = fn()

    # 执行协程函数
    asyncio.run(res)

if __name__ == '__main__':
    main()

'''
运行结果：
协程函数内部的代码
IO请求结束，结果为：None
'''

*实例2*

import asyncio

async def other_tasks():
    print('start')
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟遇到了IO操作
    print('end')
    return '返回值'

async def fn():
    print('协程函数内部的代码')

    # 遇到IO操作之后挂起当前协程（任务），等IO操作完成之后再继续往下执行。
    # 当前协程挂起时，事件循环可以去执行其他协程（任务）
    response = await other_tasks()  # 模拟执行其他协程任务

    print(f'IO请求结束，结果为：{response}')

def main():
    # 调用协程函数，返回一个协程对象
    res = fn()

    # 执行协程函数
    asyncio.run(res)

if __name__ == '__main__':
    main()

'''
运行结果：
协程函数内部的代码
start
end
IO请求结束，结果为：返回值
'''

*实例3*

import asyncio

async def other_tasks():
    print('start')
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟遇到了IO操作
    print('end')
    return '返回值'

async def fn():
    print('协程函数内部的代码')

    # 遇到IO操作之后挂起当前协程（任务），等IO操作完成之后再继续往下执行。
    # 当前协程挂起时，事件循环可以去执行其他协程（任务）
    respnse1 = await other_tasks()
    print(f'IO请求结束，结果为：{respnse1}')

    respnse2 = await other_tasks()
    print(f'IO请求结束，结果为：{respnse2}')

def main():
    # 调用协程函数，返回一个协程对象
    cor_obj = fn()

    # 执行协程函数
    asyncio.run(cor_obj)

if __name__ == '__main__':
    main()

'''
运行结果：
协程函数内部的代码
start
end
IO请求结束，结果为：返回值
start
end
IO请求结束，结果为：返回值
'''

上述的所有实例都只是创建了一个任务，即：事件循环的任务列表中只有一个任务，所以在IO等待时无法演示切换到其他任务效果。

在程序中想要创建多个任务对象，需要使用Task对象来实现。

3、Task 对象

Tasks 用于并发调度协程，通过 asyncio.create_task(协程对象) 的方式创建 Task 对象，这样可以让协程加入事件循环中等待被调度执行。除了使用 asyncio.create_task() 函数以外，还可以用低层级的loop.create_task() 或 ensure_future() 函数。并且不建议手动实例化 Task 对象。
本质上是将协程对象封装成 Task 对象，并将协程立即加入事件循环，同时追踪协程的状态。
注意事项：asyncio.create_task() 函数在 Python3.7 中被加入。在 Python3.7 之前，可以改用低层级的 asyncio.ensure_future() 函数。

*实例1*

import asyncio

async def other_tasks():
    print('start')
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟遇到了IO操作
    print('end')
    return '返回值'

async def fn():
    print('fn开始')

    # 创建协程，将协程封装到一个Task对象中并立即添加到事件循环的任务列表中，等待事件循环去执行（默认是就绪状态）。
    task1 = asyncio.create_task(other_tasks())

    # 创建协程，将协程封装到一个Task对象中并立即添加到事件循环的任务列表中，等待事件循环去执行（默认是就绪状态）。
    task2 = asyncio.create_task(other_tasks())

    print('fn结束')

    # 当执行某协程遇到IO操作时，会自动化切换执行其他任务。
    # 此处的await是等待相对应的协程全都执行完毕并获取结果
    response1 = await task1
    response2 = await task2
    print(response1, response2)

def main():
    asyncio.run(fn())

if __name__ == '__main__':
    main()

'''
运行结果：
fn开始
fn结束
start
start
end
end
返回值 返回值
'''

*实例2*

import asyncio

async def other_tasks():
    print('start')
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟遇到了IO操作
    print('end')
    return '返回值'

async def fn():
    print('fn开始')

    # 创建协程，将协程封装到一个Task对象中并立即添加到事件循环的任务列表中，等待事件循环去执行（默认是就绪状态）。
    task_lis = [
        asyncio.create_task(other_tasks()),
        asyncio.create_task(other_tasks()),
    ]

    print('fn结束')
    # 当执行某协程遇到IO操作时，会自动化切换执行其他任务。
    # 此处的await是等待所有协程执行完毕，并将所有协程的返回值保存到done
    # 如果设置了timeout值，则意味着此处最多等待的秒，完成的协程返回值写入到done中，未完成则写到pending中。
    done, pending = await asyncio.wait(task_lis, timeout=None)

    print(done)
    print(pending)

def main():
    asyncio.run(fn())

if __name__ == '__main__':
    main()

'''
运行结果：
fn开始
fn结束
start
start
end
end
{<Task finished name='Task-3' coro=<other_tasks() done, defined at /Users/liumingyang/PycharmProjects/async_test/test.py:4> result='返回值'>, <Task finished name='Task-2' coro=<other_tasks() done, defined at /Users/liumingyang/PycharmProjects/async_test/test.py:4> result='返回值'>}
set()
'''

4、异步迭代器

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