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Python 异步编程

异步编程

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异步编程是一种编程范式,通过非阻塞的方式执行任务,允许程序在等待某些操作(如I/O操作、网络请求、数据库查询等)完成时,继续执行其他任务。这与同步编程(或阻塞编程)形成对比,后者在等待操作完成时会阻塞执行流程,直到任务完成才继续执行。

以下是异步编程的一些关键概念和特点:

  1. 非阻塞执行: 在异步编程中,当一个任务需要等待某些操作完成时(例如等待网络请求的响应),程序不会停止执行其他任务,而是会继续处理其他任务。
  2. 回调函数: 异步编程经常使用回调函数,在等待操作完成后,这些回调函数会被执行,以处理操作的结果。回调函数允许程序在任务完成后继续执行相应的代码。
  3. Promise和Future: 许多异步编程模型使用Promise或Future对象来表示将来某个时间点会完成的操作结果。Promise和Future提供了一种管理异步操作结果的方法,允许在结果可用时执行相应的代码。
  4. 协程: 协程是异步编程中常用的一种构造,允许函数在等待操作完成时暂停执行,并在操作完成后恢复执行。Python中的asyncawait关键字用于定义和控制协程。
  5. 事件循环: 异步编程依赖于事件循环来管理和调度异步任务。事件循环会不断检查和执行已完成的任务,并在任务完成后触发相应的回调或恢复协程的执行。

说明:异步并不简单的等于并发,更精准的表述应该是并发,也即多个任务在同一时间段内交替运行,而不是同时运行。

asyncio 模块

asyncio 模块是用来编写 并发 代码的库,使用 async/await 语法。

asyncio 模块最大特点就是,只存在一个线程,与 JavaScript 中的 async/await 一样。

asyncio 模块在单线程上启动一个事件循环(event loop),时刻监听着新进入循环的事件,对事件进行处理,并不断地重复这个过程,直到异步任务结束。

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asyncio 模块示例

代码示例

import asyncioasync def count():print("Start")await asyncio.sleep(1)print("End")async def main():# gather()函数的作用是收集,能够按照协程的执行顺序保存对应协程的执行结果。await asyncio.gather(count(), count(), count())# run()通常用于脚本或应用程序的入口点,用于启动异步操作。
asyncio.run(main())

执行示例

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也即,异步操作能够在单线程的情况下,对协程依次执行,遇到阻塞的情况就会等待去执行下一个协程,并对协程的执行结果进行收集。

FastApi 框架

FastApi 是一个用于构建 API 的现代、快速(高性能)的 web 框架,使用 Python 并基于标准的 Python 类型提示。

FastApi 能够支持异步编程的 async/await 语法。

如下是一个简单的代码示例,用户点餐,提供了可乐和汉堡,在制作汉堡的同时,餐厅人员也在制作可乐,而不是等待汉堡完成后再去制作可乐,如下是这个过程的模拟。

import asyncio
from fastapi import FastAPI
from datetime import datetimeapp = FastAPI()async def get_coca(number: int):start = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")await asyncio.sleep(number)end = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")return {"coca": number, "start": start, "end": end}async def get_burgers(number: int):start = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")await asyncio.sleep(number)end = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")return {"burgers": number, "start": start, "end": end}# 路由地址定义
@app.get("/orders")
async def read_orders(burgers: int = 0, coca: int = 0, consumer: str = ""):# 这里收集协程的处理结果result = await asyncio.gather(get_burgers(burgers), get_coca(coca))return {"consumer": consumer, "order": result}

接口测试结果:

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如上就是 Python 异步编程的简单示例,主要是相关概念以及模块的使用介绍,如果有需要可以查询 asyncio 模块的官方文档,或者是 FastAPI 的官方文档,尤其是 FastAPI 官网关于 async/await 的章节使用汉堡做了详细的讲述。

参考资料:

[1] 并发 async / await https://fastapi.tiangolo.com/zh/async/#_4

[2] Python异步编程入门 https://www.ruanyifeng.com/blog/2019/11/python-asyncio.html

[3] asyncio官方文档 https://docs.python.org/3/library/asyncio.html

http://www.ritt.cn/news/19604.html

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