Python 中的异步编程：Asyncio

2024年6月21日 互联网
Python 的 asyncio 库提供了一个用于异步编程的框架，允许开发者通过协程实现并发操作，提高程序执行效率。它支持事件循环、任务调度和异步I/O操作，适用于编写高性能的网络应用和I/O密集型服务。

Python中的异步编程是一种编程模式，它允许程序在等待某些操作完成时继续执行其他任务，Asyncio是Python中的一个库，用于编写并发代码，使用async/await语法。

Python 中的异步编程：Asyncio
（图片来源网络，侵删）

以下是关于Python中异步编程的一些重要概念和用法：

1、协程（Coroutines）

协程是一种可以暂停和恢复执行的函数，它们使用async def定义，并使用await关键字来调用其他协程或异步操作。

import asyncio
async def my_coroutine():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")
async def main():
    await my_coroutine()
asyncio.run(main())

2、事件循环（Event Loop）

事件循环是异步编程的核心组件，它负责调度和执行协程，可以使用asyncio.get_event_loop()获取当前事件循环，或者使用asyncio.run()自动创建一个新的事件循环。

import asyncio
async def my_coroutine():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(my_coroutine())
loop.close()

3、Futures 和 Tasks

Futures 和 Tasks 是异步编程中用于表示尚未完成的计算结果的对象，Tasks 是一种特殊的Futures，它们包装协程并在事件循环中执行，可以使用asyncio.ensure_future()将协程转换为Task，或者使用asyncio.create_task()直接创建Task。

Python 中的异步编程：Asyncio
（图片来源网络，侵删）
import asyncio
async def my_coroutine():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")
async def main():
    task = asyncio.create_task(my_coroutine())
    await task
asyncio.run(main())

4、并发和并行

并发是指同时执行多个任务，但不一定在同一时刻执行，并行是指同时执行多个任务，并且在同一时刻执行，在Python中，可以使用asyncio库实现并发和部分并行。

import asyncio
async def my_coroutine(n):
    print(f"Start {n}")
    await asyncio.sleep(1)
    print(f"End {n}")
async def main():
    tasks = [asyncio.create_task(my_coroutine(i)) for i in range(5)]
    await asyncio.gather(*tasks)
asyncio.run(main())

5、异步I/O操作

异步I/O操作是指在等待I/O操作完成时不阻塞程序执行的操作，Python中的asyncio库提供了许多异步I/O操作，如异步文件读写、异步网络请求等。

import asyncio
async def read_file():
    async with aiofiles.open("file.txt", mode="r") as f:
        content = await f.read()
        print(content)
async def main():
    await read_file()
asyncio.run(main())

Python中的异步编程可以帮助我们编写高效、可扩展的并发代码，通过使用asyncio库和协程，我们可以更好地利用多核CPU和I/O资源，提高程序的性能。

下面是一个简单的介绍，概述了 Python 中 Asyncio 库的一些关键概念：

Python 中的异步编程：Asyncio
（图片来源网络，侵删）
概念/组件 描述
async 关键字，用于定义异步函数，异步函数是可以通过await 表达式暂停执行的函数。
await 表达式用于挂起异步函数的执行，直到等待的对象准备好，它只能在异步函数内部使用。
async for 在异步迭代中使用，允许异步迭代一个异步可迭代对象。
async with 在异步上下文管理器中使用，允许在异步代码中使用with 语句。
Event Loop 事件循环是 asyncio 的核心，负责调用准备好的异步任务，并在任务等待时处理其他事件。
Future 代表尚未完成的计算结果的代理对象，我们不会直接创建 Future 对象，而是通过await 表达式与它们交互。
Task 是基于 Future 的对象，用于并发地调度和运行协程，通过asyncio.create_task() 创建。
Coroutine 协程是一个通过async 定义的函数，它可以通过await 表达式暂停和恢复执行。
asyncio.run() 在 Python 3.7+ 中引入，用于运行最高层级的入口点协程。
asyncio.gather() 并发运行多个协程，并等待它们全部完成。
asyncio.shield() 防止一个协程被取消，如果被shield 保护的协程被取消，不会传播到它的父协程。
asyncio.sleep() 异步版本的time.sleep()，它不会阻塞事件循环。
asyncio.Lock() 一个异步的互斥锁，用于防止多个协程同时访问共享资源。
asyncio.Queue 异步队列，允许在协程之间安全地传输数据。
asyncio.create_task() 创建一个 Task 对象，用于并发地调度协程。
asyncio.CancelledError 当一个任务被取消时抛出的异常。
asyncio.TimeoutError 当一个操作等待超时时抛出的异常。

请注意，这个介绍只提供了一个快速概览，每个概念在异步编程中都有其详细的用法和重要性。

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