引言
在传统的同步编程模型中，代码是按照顺序执行的，当遇到IO操作或者其他耗时操作时，程序会被阻塞，直到操作完成才能继续执行下一步。而在异步编程模型中，程序可以在遇到IO操作时，将其委托给其他任务来处理，并继续执行后续的操作，从而提高了程序的效率和响应能力。
Python提供了asyncio库，它是用于编写异步代码的标准库。本文将介绍asyncio库的基本概念和使用方法，并通过实例演示如何在Python中进行异步编程。
asyncio库的基本概念
协程（Coroutines）
在异步编程中，协程是一个可以暂停和恢复的函数。通过使用async关键字定义的函数可以被视为协程。协程可以在遇到await语句时暂停执行，并将控制权交给事件循环（Event Loop），直到等待的操作完成。
事件循环（Event Loop）
事件循环是异步程序的核心组件，它负责调度和协调协程的执行。事件循环可以将任务放入任务队列中，并根据任务的状态和优先级进行调度。当一个协程被暂停时，事件循环会从队列中取出下一个可执行的协程，并将控制权交给它。
Future对象
Future对象是异步操作的结果，它代表了一个协程或线程的执行状态。Future对象可以用来获取异步操作的结果，或者在操作完成时执行回调。
asyncio库的使用
创建一个事件循环
使用asyncio.get_event_loop()函数可以获取一个事件循环对象。
import asyncio
loop = asyncio.get_event_loop()
定义一个协程
使用async关键字定义一个协程。
import asyncio
async def my_coroutine():
await asyncio.sleep(1)
print("Hello, world!")
执行协程
使用loop.run_until_complete()函数来运行一个协程。
import asyncio
async def my_coroutine():
await asyncio.sleep(1)
print("Hello, world!")
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(my_coroutine())
并发执行多个协程
使用asyncio.gather()函数可以并发执行多个协程。
import asyncio
async def coroutine1():
await asyncio.sleep(1)
print("Coroutine 1")
async def coroutine2():
await asyncio.sleep(2)
print("Coroutine 2")
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.gather(coroutine1(), coroutine2()))
异步IO操作
使用asyncio.open_connection()函数可以进行异步的网络连接。
import asyncio
async def download_data():
reader, writer = await asyncio.open_connection('example.com', 80)
writer.write(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n\r\n")
await writer.drain()
data = await reader.read()
print(data.decode())
writer.close()
await writer.wait_closed()
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(download_data())
添加回调函数
使用add_done_callback()方法可以为Future对象添加回调函数。
import asyncio
def callback(future):
print("Task done!")
async def my_coroutine():
await asyncio.sleep(1)
return "Hello, world!"
loop = asyncio.get_event_loop()
task = loop.create_task(my_coroutine())
task.add_done_callback(callback)
loop.run_until_complete(task)
实践：使用asyncio实现一个简单的Web服务器
下面是一个使用asyncio库实现的简单Web服务器代码示例。当有请求到达时，服务器会返回一个简单的HTML页面。
import asyncio
async def handle_request(reader, writer):
request = await reader.read()
print(request.decode())
response = b"HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\n\r\n<html><body><h1>Hello, world!</h1></body></html>"
writer.write(response)
await writer.drain()
writer.close()
async def main():
server = await asyncio.start_server(handle_request, '127.0.0.1', 8080)
print(f"Serving on {server.sockets[0].getsockname()}")
async with server:
await server.serve_forever()
asyncio.run(main())
通过运行上述代码，你可以在本地的8080端口上启动一个简单的Web服务器。当在浏览器中访问http://localhost:8080时，将会看到一个显示"Hello, world!"的页面。
总结
Python的asyncio库提供了一套强大的工具和机制，用于编写高效的异步代码。通过使用async关键字定义协程，并利用事件循环和Future对象来协调协程的执行，我们可以轻松地实现并发和异步IO操作。希望本文对你理解和使用asyncio库有所帮助！
参考资料：
本文来自极简博客，作者：云端之上，转载请注明原文链接：Python异步编程：asyncio库的使用和实践
