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【51CTO.com快譯】Python的異步編程功能(簡(jiǎn)稱(chēng)async)讓你可以編寫(xiě)不必等待獨(dú)立任務(wù)完成就可以完成更多工作的程序。Python附帶的asyncio庫(kù)為你提供了使用async處理磁盤(pán)或網(wǎng)絡(luò)I/O、無(wú)需其他方面等待的工具。

asyncio提供了兩種處理異步操作的API：高級(jí)和低級(jí)。高級(jí)API用途廣泛，適用于各種應(yīng)用程序。低級(jí)API功能強(qiáng)大，但也很復(fù)雜，使用頻率較低。

本文重點(diǎn)介紹高級(jí)API。我們會(huì)逐步介紹asyncio中常用的高級(jí)API，說(shuō)明它們?nèi)绾慰捎糜谏婕爱惒饺蝿?wù)的常見(jiàn)操作。

如果你完全剛接觸Python中的async，或者想了解其工作原理，不妨先看看本人介紹Python async的文章：https://www.infoworld.com/article/3454442/get-started-with-async-in-python.html，之后再作深入研究。

在Python中運(yùn)行協(xié)程和任務(wù)

很自然，asyncio最常見(jiàn)的用途是運(yùn)行Python腳本的異步部分。這意味著學(xué)會(huì)使用協(xié)程和任務(wù)。

Python的異步組件(包括協(xié)程和任務(wù))只能與其他異步組件一起使用，不能與常規(guī)的同步Python一起使用，因此需要asyncio來(lái)填補(bǔ)缺口。為此，你要使用asyncio.run函數(shù)： 

import asyncio  
async def main():  
print ("Waiting 5 seconds. ")  
for _ in range(5):  
await asyncio.sleep(1)  
print (".")  
print ("Finished waiting.")  
asyncio.run(main()) 

這運(yùn)行main()，連同main()觸發(fā)的任何例程，等待結(jié)果返回。

通常而言，Python程序應(yīng)只有一個(gè).run()語(yǔ)句，就像Python程序應(yīng)只有一個(gè)main()函數(shù)一樣。 如果不小心使用，async可能會(huì)使程序的控制流難以閱讀。程序的異步代碼只有一個(gè)入口點(diǎn)可以避免情況變得繁復(fù)。

異步函數(shù)還可以調(diào)度安排成tasks，即包裝協(xié)程并幫助運(yùn)行協(xié)和的對(duì)象。 

async def my_task():  
do_something()  
task = asyncio.create_task(my_task()) 

my_task()隨后在事件循環(huán)中運(yùn)行，結(jié)果存儲(chǔ)在task中。

如果你只有一個(gè)任務(wù)想要獲取結(jié)果，可以使用asyncio.wait_for(task)來(lái)等待任務(wù)完成，然后使用task.result()檢索結(jié)果。但如果你安排了許多任務(wù)要執(zhí)行，并想要等待所有任務(wù)完成，不妨使用asyncio.wait([task1, task2])收集結(jié)果。(注意，如果你不希望超過(guò)一定長(zhǎng)度的時(shí)間后運(yùn)行，可以設(shè)置操作的超時(shí)時(shí)間。)

在Python中管理異步事件循環(huán)

asyncio的另一個(gè)常見(jiàn)用途是管理異步事件循環(huán)。事件循環(huán)是運(yùn)行異步函數(shù)和回調(diào)的對(duì)象。使用asyncio.run()時(shí)，它自動(dòng)創(chuàng)建。你通常希望每個(gè)程序僅使用一個(gè)異步事件循環(huán)，同樣以便管理。

如果你在編寫(xiě)服務(wù)器等更高級(jí)的軟件，需要對(duì)事件循環(huán)擁有較低級(jí)別的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)。為此，你可以“揭開(kāi)面紗”，直接接觸事件循環(huán)的內(nèi)部機(jī)制。不過(guò)如果是簡(jiǎn)單的工作，不需要這么做。

在Python中使用streams讀寫(xiě)數(shù)據(jù)

async的最佳使用場(chǎng)景是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)操作，其中應(yīng)用程序可能阻止等待其他某個(gè)資源返回結(jié)果。為此，asyncio提供了streams，這是用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)I/O的高級(jí)機(jī)制。這包括充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的服務(wù)器。

asyncio使用兩個(gè)類(lèi)StreamReader和StreamWriter，在高級(jí)層面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)。如果你要從網(wǎng)絡(luò)讀取，可以使用asyncio.open_connection()打開(kāi)連接。該函數(shù)返回StreamReader對(duì)象和StreamWriter對(duì)象的元組，你要在每個(gè)對(duì)象上使用.read() 和.write()方法以便通信。

想接收來(lái)自遠(yuǎn)程主機(jī)的連接，使用asyncio.start_server()。asyncio.start_server()函數(shù)將回調(diào)函數(shù)client_connected_cb作為參數(shù)來(lái)接受，只要收到請(qǐng)求就調(diào)用該函數(shù)。該回調(diào)函數(shù)將StreamReader和StreamWriter的實(shí)例作為參數(shù)，那樣你就能處理服務(wù)器的讀/寫(xiě)邏輯。這個(gè)例子(https://gist.github.com/ethanfrey/75e58db27095936b9e5e)介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單的HTTP服務(wù)器使用asyncio驅(qū)動(dòng)的aiohttp庫(kù)。

在Python中同步任務(wù)

異步任務(wù)往往獨(dú)立運(yùn)行，但有時(shí)你希望它們彼此通信。asyncio提供了隊(duì)列和另外幾種在任務(wù)之間進(jìn)行同步的機(jī)制：

• 隊(duì)列：asyncio隊(duì)列允許異步函數(shù)排列Python對(duì)象，以便供其他異步函數(shù)使用——比如說(shuō)，基于行為在不同類(lèi)型的函數(shù)之間分配工作負(fù)載。
• 同步原語(yǔ)：asyncio中的鎖、事件、條件和信號(hào)其工作方式類(lèi)似常規(guī)的Python鎖、事件、條件和信號(hào)。

關(guān)于所有這些方法要記住的一點(diǎn)是它們不是線(xiàn)程安全的。對(duì)于在同一事件循環(huán)中運(yùn)行的異步任務(wù)來(lái)說(shuō)這不是問(wèn)題。但如果你試圖與不同事件循環(huán)、操作系統(tǒng)線(xiàn)程或進(jìn)程中的任務(wù)共享信息，就需要使用threading模塊及其對(duì)象來(lái)執(zhí)行此操作。

此外，如果你想跨線(xiàn)程邊界啟動(dòng)協(xié)程，請(qǐng)使用asyncio.run_coroutine_threadsafe()函數(shù)，然后將與它結(jié)合使用的事件循環(huán)作為參數(shù)傳遞。

在Python中暫停協(xié)程

asyncio的另一個(gè)常見(jiàn)、但很少討論的用途是在協(xié)程內(nèi)部等待任意時(shí)長(zhǎng)。為此你不能使用time.sleep()，否則會(huì)阻塞整個(gè)程序。而是應(yīng)使用asyncio.sleep()，它允許其他協(xié)程繼續(xù)運(yùn)行。

在Python中使用較低級(jí)別的async

最后，如果你認(rèn)為構(gòu)建的應(yīng)用程序可能需要asyncio的較低級(jí)組件，在開(kāi)始編程之前先考慮一番：很可能有人已經(jīng)構(gòu)建了可以滿(mǎn)足你需求的基于async的Python庫(kù)。

比如說(shuō)，如果你需要異步DNS查詢(xún)，不妨查看aiodns庫(kù);若是異步SSH會(huì)話(huà)，則有asyncSSH。通過(guò)關(guān)鍵字“async”(以及其他與任務(wù)相關(guān)的關(guān)鍵字)搜索PyPI，或查看人工篩選的Awesome Asyncio列表(https://github.com/timofurrer/awesome-asyncio)，以獲取靈感。

原文標(biāo)題：How to use asyncio in Python，作者：Serdar Yegulalp

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