Python 模块 asyncio-异步IO，事件循环和并发("Python asyncio模块详解：异步IO、事件循环与并发编程")

原创

ithorizon 4周前 (10-20) 阅读数 15 #后端开发

Python asyncio模块详解：异步IO、事件循环与并发编程

一、引言

在当今互联网时代，高并发、高性能的网络应用变得越来越重要。Python 的 asyncio 模块为我们提供了一种优雅的异步编程做法，让我们能够更加高效地处理并发IO操作。本文将详细介绍 asyncio 模块的基本概念、使用方法和实战技巧。

二、异步IO与事件循环

异步IO是Python中实现并发的一种做法，它允许程序在等待IO操作完成时执行其他任务。事件循环是 asyncio 的核心概念，负责调度和执行异步任务。

2.1 异步IO的基本概念

在Python中，异步IO重点由以下几个概念组成：

事件：描述一个IO操作，如网络请求、文件读写等。

协程：用于编写异步代码的函数，通过 async 和 await 关键字定义。

任务：协程对象的封装，用于在事件循环中调度执行。

事件循环：负责调度任务，执行事件，管理异步IO操作。

2.2 事件循环的工作原理

事件循环的工作原理可以分为以下几个步骤：

启动事件循环。

将任务注册到事件循环中。

事件循环起始运行，逐步检查是否有任务需要执行。

执行任务，如果任务中包含等待事件，则挂起当前任务，继续执行其他任务。

当所有任务执行完毕或事件循环被关闭时，事件循环终止。

三、asyncio的基本用法

下面我们将通过一些简洁的例子来了解 asyncio 的基本用法。

3.1 创建协程

通过 async def 定义一个协程函数：


async def hello_world():
    print("Hello, world!")
    await asyncio.sleep(1)
    print("Done!")

3.2 运行事件循环

使用 asyncio.run() 函数来运行事件循环，并执行协程：


asyncio.run(hello_world())

3.3 创建任务

通过 asyncio.create_task() 函数创建任务，并将协程封装为任务对象：


async def greet(name):
    await asyncio.sleep(1)
    print(f"Hello, {name}!")
async def main():
    task1 = asyncio.create_task(greet("Alice"))
    task2 = asyncio.create_task(greet("Bob"))
    await task1
    await task2
asyncio.run(main())

四、异步IO的高级用法

在了解了基本用法之后，我们将进一步探讨 asyncio 的高级用法，包括异步网络编程、异步文件操作等。

4.1 异步网络编程

asyncio 提供了用于异步网络编程的函数，如 asyncio.open_connection() 和 asyncio.start_server()。


async def handle_client(reader, writer):
    data = await reader.read(100)
    print(f"Received {data.decode()}")
    writer.write(data)
    await writer.drain()
    writer.close()
async def main():
    server = await asyncio.start_server(handle_client, '127.0.0.1', 8888)
    async with server:
        await server.serve_forever()
asyncio.run(main())

4.2 异步文件操作

asyncio 提供了异步文件操作的函数，如 asyncio.to_thread() 和 asyncio.run_in_executor()。


async def read_file(file_path):
    with open(file_path, 'r') as f:
        content = f.read()
    return content
async def main():
    file_path = 'example.txt'
    content = await asyncio.to_thread(read_file, file_path)
    print(content)
asyncio.run(main())

五、实战案例：异步Web服务器

下面我们将通过一个简洁的异步Web服务器案例来展示 asyncio 的实际应用。


import asyncio
from aiohttp import web
async def handle_request(request):
    return web.Response(text="Hello, world!")
async def main():
    app = web.Application()
    app.router.add_get('/', handle_request)
    runner = web.AppRunner(app)
    await runner.setup()
    site = web.TCPSite(runner, '127.0.0.1', 8080)
    await site.start()
asyncio.run(main())