前言

許多 Web 應用依賴大量的 I/O (輸入/輸出) 操作，比如從網(wǎng)站上下載圖片、視頻等內(nèi)容；進行網(wǎng)絡聊天或者針對后臺數(shù)據(jù)庫進行多次查詢。數(shù)據(jù)庫查詢可能會耗費大量時間，尤其是在該數(shù)據(jù)庫處于高負載或查詢很復雜的情況下。 Web 服務器可能需要同時處理數(shù)百或數(shù)千個請求。

I/O 是指計算機的輸入和輸出設備，例如鍵盤、硬盤驅(qū)動器，以及最常見的網(wǎng)卡。這些操作等待用戶輸入或從基于 Web 的 API 檢索內(nèi)容。

Asynchronous IO (async IO) 是一種異步編程設計，并在 Python 3.4 的 asyncio 模塊中得到了支持，作為在多線程和多進程之外處理這些高并發(fā)工作負載的另一種方法，可以顯著提高使用 I/O 操作的應用程序的性能和資源利用率。

什么是同步編程

同步編程，通常來說，大多數(shù)編程語言都是子例程調(diào)用模型：按照順序運行代碼。在此模型中，下一行代碼在前一行代碼完成后立即運行，并且一次只完成一個模塊。

該模型適用于大部分應用程序。但是，也存在明顯的缺點，如果一行代碼特別慢怎么辦？

在這種情況下，速度慢的代碼將導致所有其他代碼都將被卡住，直到該行完成。最差的情況下可能導致整個應用程序卡死?？赡艽蠖鄶?shù)人在某些軟件操作中，一個小小的操作導致整個系統(tǒng)執(zhí)行不下去，最后只能重啟。

什么是異步編程

為了解決同步模型的問題，引入了異步編程的概念，意味著允許同一時刻執(zhí)行多個任務。

異步編程模型意味著需要長時間運行的任務可以在后臺運行，與主應用程序分開。系統(tǒng)可以自由地執(zhí)行不依賴于該任務的其他工作，而不是阻止所有其他應用程序代碼等待該長時間運行的任務完成。然后，一旦長時間運行的任務完成，我們會收到通知它已完成。

asyncio 庫允許我們使用異步編程模型運行代碼。 這讓我們可以一次處理多個 I/O 操作，同時仍然允許我們的應用程序保持響應。

在 Python 3.4 中，asyncio 庫中包含了裝飾器和生成器 yield from 來定義協(xié)程（coroutine）。協(xié)程是一種方法，當我們有一個可能長時間運行的任務時可以暫停，然后在該任務完成時恢復。

協(xié)程執(zhí)行完成后返回到調(diào)用者有一種新方法：通過 yield 控制。當協(xié)程的 yield 執(zhí)行完成后立即回到了調(diào)用點，但是對協(xié)程的再次調(diào)用不會在起始處再次開始，相反，他們繼續(xù)從最近停止處繼續(xù)進行。

如下圖所示：

def filter_even(numbers):
    for num in range(numbers):
        if (num % 2 == 0):
            yield num
even_number = filter_even(100)
print(list(even_number))

運行結(jié)果：

$ python yielddemo.py 
[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98]

ayncio 版 Hello 程序

Python 3.5 版中，當關(guān)鍵字 async 和 await 顯式添加到語言中時，該語言實現(xiàn)了對協(xié)程和異步編程的一流支持。 這種語法在 C# 和 JavaScript 等其他編程語言中很常見，它允許我們使異步代碼看起來像是同步運行的。 這使得異步代碼易于閱讀和理解，因為它看起來像大多數(shù)軟件工程師熟悉的順序流程。 asyncio 是一個使用稱為單線程事件循環(huán)的并發(fā)模型以異步方式執(zhí)行這些協(xié)程的庫。

利用 async/await 兩個定義關(guān)鍵字定義協(xié)程，通過 asyncio 提供運行和管理協(xié)程的基礎：

import asyncio
import time
async def main():
    print(f'{time.ctime()} Hello!')
    await asyncio.sleep(1.0)
    print(f'{time.ctime()} See you again!')
asyncio.run(main())

運行結(jié)果：

$ python asynciodemo.py 
Sat Jul  9 23:19:40 2022 Hello!
Sat Jul  9 23:19:41 2022 See you again!

asyncio 提供了一個 run() 函數(shù)來執(zhí)行 async def 函數(shù)，然后從那里調(diào)用的所有其他協(xié)程，如 main() 函數(shù)中的 sleep() 函數(shù)。asyncio 不是多線程或多進程，而是并行運行代碼。

JavaScript 中支持異步執(zhí)行（瀏覽器，Nodejs，Electron 等）。在早期版本中，他們只是使用回調(diào)功能在異步操作完成后運行其他功能。

如何使用 asyncio

創(chuàng)建協(xié)程很簡單，與創(chuàng)建普通的 Python 函數(shù)沒有太大區(qū)別。唯一的區(qū)別是，我們不是使用 def 關(guān)鍵字，而是 使用 async def 。async 關(guān)鍵字將函數(shù)標記為協(xié)程，而不是普通的 Python 函數(shù)。

import asyncio
import time
def write(msg):
    print(msg, flush=True)
async def say1():
    await asyncio.sleep(1)
    write("Hello from 1")
async def say2():
    await asyncio.sleep(1)
    write("Hello from 2")
write("start")
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.gather(
    say1(),
    say2()
))
write("exit")
loop.close()

運行該代碼，可以看到 Hello from 1 運行 1 秒后運行 Hello from 2：

$ python asyncoidemo2.py 
start
Hello from 1
Hello from 2
exit

當 run_until_complete 運行 say() 函數(shù)，解釋器會逐行執(zhí)行該函數(shù)的內(nèi)容。當碰到 await 之后，解釋器開始異步操作：這個操作為了循環(huán)將完成一些內(nèi)部回調(diào)操作，這個回調(diào)操作是對開發(fā)人員隱藏的。但是現(xiàn)在，say1 開始后，它立即將控制返回到事件循環(huán)。所以，它啟動異步 sleep 和控制循環(huán)，然后循環(huán)實際上已經(jīng)開始啟動 say2 函數(shù)。

當?shù)谝淮萎惒?sleep 運行 1秒后，進入內(nèi)部回調(diào)執(zhí)行 say1 協(xié)程，下一個操作是打印 Hello from 1。打印后，它再次返回到活動循環(huán)。同時，從第二次睡眠開始，循環(huán)獲得了有關(guān)完成第二次睡眠的事件。

所以接下來 Hello from 2 打印，然后第二種方法也返回。

run_until_complete(gather(l1,l2,l3)) 將阻止所有 l1，l2，l3 Coroutines:

請注意，7 和 9 事件可能會交換 - 如果您多次運行代碼，您可能會注意到 Hello from 1 打印在 Hello from 2 之后。

• event_loop 事件循環(huán)：程序開啟一個無限循環(huán)，把一些函數(shù)注冊到事件循環(huán)上，當滿足事件發(fā)生的時候，調(diào)用相應的協(xié)程函數(shù)
• coroutine 協(xié)程：協(xié)程對象，指一個使用 async 關(guān)鍵字定義的函數(shù)，它的調(diào)用不會立即執(zhí)行函數(shù)，而是會返回一個協(xié)程對象。協(xié)程對象需要注冊到事件循環(huán)，由事件循環(huán)調(diào)用。
• task 任務：一個協(xié)程對象就是一個原生可以掛起的函數(shù)，任務則是對協(xié)程進一步封裝，其中包含了任務的各種狀態(tài)
• future: 代表將來執(zhí)行或沒有執(zhí)行的任務的結(jié)果。它和 task 上沒有本質(zhì)上的區(qū)別
• async/await 關(guān)鍵字：python3.5 用于定義協(xié)程的關(guān)鍵字，async 定義一個協(xié)程，await 用于掛起阻塞的異步調(diào)用接口。

總結(jié)

本文首先介紹了同步編程和異步編程的概念，然后引出了協(xié)程的基本概念，寫了 asyncio 版的 HelloWorld 程序，最后給出了 Python 中 asyncio 庫的簡易使用方法。

協(xié)程的優(yōu)勢在于多 IO 操作時能夠有效提高程序速度，例如某些 HTTP 客戶端，例如 aiohttps 調(diào)用服務器中就利用上了 asyncio 庫。

參考鏈接：Async IO in Python: A Complete Walkthrough

以上就是Python使用Asyncio進行web編程方法詳解的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Python Asyncio web編程的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！