第九篇:异步编程

异步编程

基于 asyncawait 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**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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