如何使用Python中的asyncio？("Python asyncio 使用指南：轻松掌握异步编程")

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ithorizon 7个月前 (10-20) 阅读数 22 #后端开发

Python asyncio 使用指南：轻松掌握异步编程

一、引言

在Python中，异步编程是一种处理并发操作的有效方案。asyncio是Python标准库中的一个模块，它提供了一种使用协程（coroutines）进行异步编程的方法。通过asyncio，我们可以轻松地编写高性能的并发代码，特别是在I/O密集型应用中。本文将详细介绍怎样使用Python的asyncio模块，帮助您轻松掌握异步编程。

二、协程（Coroutines）

协程是asyncio的核心概念，它允许我们在单线程内进行并发操作。协程通过async/await语法实现。下面是一个简洁的协程示例：


async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")
asyncio.run(hello())

在上面的代码中，我们定义了一个异步函数hello()，它包含一个await表达式。当我们调用asyncio.run(hello())时，事件循环被创建并起初执行协程。

三、事件循环（Event Loop）

事件循环是asyncio中的另一个关键概念。它负责调度和执行协程，以及处理I/O事件。以下是创建和运行事件循环的步骤：


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

在上面的代码中，我们首先定义了一个异步函数main()，然后获取当前的事件循环，使用run_until_complete()方法运行main()，并在完成后关闭事件循环。

四、Future和Task

Future和Task是asyncio中用于处理异步操作的两种对象。Future即一个尚未完成的操作，而Task是对Future的封装，用于跟踪协程的状态。

4.1 Future

以下是一个使用Future的例子：


import asyncio
async def work(n):
    await asyncio.sleep(n)
    return n
async def main():
    future = asyncio.Future()
    asyncio.create_task(work(2))
    await future
    print(future.result())
asyncio.run(main())

在这个例子中，我们创建了一个Future对象，并在work()协程中返回了一个因此。在main()函数中，我们等待Future对象完成，并打印其因此。

4.2 Task

以下是一个使用Task的例子：


import asyncio
async def work(n):
    await asyncio.sleep(n)
    return n
async def main():
    task = asyncio.create_task(work(2))
    await task
    print(task.result())
asyncio.run(main())

在这个例子中，我们使用asyncio.create_task()创建了一个Task对象，并等待它完成。Task对象会自动追踪协程的状态，并在协程完成时返回因此。

五、并发和并行

asyncio允许我们同时运行多个协程，从而实现并发。以下是使用asyncio.gather()实现并发的例子：


async def work(n):
    await asyncio.sleep(n)
    return n
async def main():
    results = await asyncio.gather(work(1), work(2), work(3))
    print(results)
asyncio.run(main())

在这个例子中，我们使用asyncio.gather()同时运行了三个work()协程，并等待它们全部完成。因此以列表的形式返回。

并行是指同时运行多个线程或进程。在Python中，由于全局解释器锁（GIL）的存在，多线程并不总是能够实现真正的并行。然而，asyncio可以在单线程内实现并发，从而节约I/O密集型应用的性能。

六、异步I/O操作

asyncio提供了多种异步I/O操作，如异步网络请求、异步文件读写等。以下是一个使用异步网络请求的例子：


import asyncio
import aiohttp
async def fetch(session, url):
    async with session.get(url) as response:
        return await response.text()
async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        html = await fetch(session, 'http://python.org')
        print(html)
asyncio.run(main())

在这个例子中，我们使用aiohttp库发送异步HTTP请求。fetch()函数负责发送请求并获取响应内容。main()函数创建一个ClientSession，并调用fetch()函数获取Python官网的HTML内容。