Python笔记 - asyncio异步编程

探索 Python 的 asyncio: 异步编程的力量

在现代编程中，高效地处理 I/O 操作变得越来越重要。Python 的 asyncio 库为我们提供了一种强大的工具，帮助我们编写并发代码，而无需使用传统的多线程或多进程方法。本篇博客将带你深入了解 asyncio，并通过示例展示其强大之处。

什么是 asyncio

asyncio 是 Python 标准库中的一个模块，用于编写异步 I/O 操作。它通过使用协程（coroutines）来实现异步编程，允许程序在等待 I/O 操作时执行其他任务，从而提高效率和性能。

详细内容可以参考官方文档地址.

基本概念

在深入了解 asyncio 之前，我们需要了解几个基本概念：

1. 协程（Coroutine）: 类似于生成器，但用于异步操作。协程函数使用 async def 关键字定义。
2. 事件循环（Event Loop）: 协调并调度协程执行的核心组件。它管理所有的 I/O 操作，并确保任务被高效地执行。
3. 任务（Task）: 用于包装协程对象，使其可以在事件循环中执行。
4. Future: 表示将来某个时刻会完成的操作，类似于 JavaScript 的 Promise。

基本用法

让我们从一个简单的示例开始，演示如何使用 asyncio 进行异步编程。

import asyncio

async def say_hello():
    print("Hello, World!")
    await asyncio.sleep(1)
    print("Hello again, after 1 second!")

# 获取事件循环并运行协程
asyncio.run(say_hello())

在这个示例中，say_hello 是一个协程函数，它首先打印一条消息，然后等待一秒钟，最后再打印一条消息。await 关键字用于暂停协程的执行，直到指定的任务完成。

并发执行

我们可以利用 asyncio 同时运行多个协程，从而实现并发执行。以下是一个简单的示例，演示如何并发地执行多个任务。

import asyncio

async def task(name, delay):
    print(f"Task {name} started!")
    await asyncio.sleep(delay)
    print(f"Task {name} completed after {delay} seconds!")

async def main():
    # 创建多个任务
    tasks = [
        asyncio.create_task(task("A", 2)),
        asyncio.create_task(task("B", 1)),
        asyncio.create_task(task("C", 3)),
    ]
    # 等待所有任务完成
    await asyncio.gather(*tasks)

# 运行主协程
asyncio.run(main())

在这个示例中，main 协程创建了三个任务，并使用 asyncio.gather 等待它们全部完成。可以看到，任务是并发执行的，而不是按顺序等待每个任务完成。

实际应用：异步 HTTP 请求

asyncio 的一个常见应用场景是异步 I/O 操作，例如网络请求。我们可以结合 aiohttp 库实现异步 HTTP 请求。

import aiohttp
import asyncio

async def fetch(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
            return await response.text()

async def main():
    urls = [
        "http://example.com",
        "http://example.org",
        "http://example.net",
    ]
    tasks = [fetch(url) for url in urls]
    responses = await asyncio.gather(*tasks)
    for response in responses:
        print(response)

asyncio.run(main())

在这个示例中，我们定义了一个异步函数 fetch，它使用 aiohttp 库发送 HTTP GET 请求并返回响应内容。main 协程创建多个 fetch 任务，并使用 asyncio.gather 并发地执行它们。

总结

asyncio 是一个强大的工具，能够帮助我们编写高效的并发代码。通过理解和使用协程、事件循环、任务等概念，我们可以轻松地处理异步 I/O 操作，从而提升程序的性能。在实际应用中，asyncio 可以与其他异步库（如 aiohttp）结合使用，处理网络请求、文件 I/O 等任务，为我们的 Python 编程带来更多可能性。

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