代码收藏家技术教程 2024-12-09

Python异步编程

一、协程

二、协程意义

三、异步编程

1.事件循环

2.快速上手

3.await

4.Task对象

5.asyncio.Future对象

四、实战案例

1、异步redis

2、异步MySQL

3、FastAPI框架

一、协程

协程,也可以称为微线程，是一种用户态内的上下文切换技术，简而言之，其实就是通过一个线程实现代码块相互切换执行。

实现协程的几个方法：

greenlet，早期的模块

                yield关键字
                asyncio装饰器(py3.4)
                async、await关键字(py3.5)【推荐】

二、协程意义

在一个线程中如果遇到IO等待时间，线程不会傻傻等，利用空闲的时候再去干点其他事。

三、异步编程

1.事件循环

理解成为一个死循环，去检测并执行某些代码。

# 伪代码

任务列表 = [ 任务1, 任务2, 任务3,... ]

while True:
    可执行的任务列表，已完成的任务列表 = 去任务列表中检查所有的任务，将'可执行'和'已完成'的任务返回
    
    for 就绪任务 in 可执行的任务列表:
        执行已就绪的任务
        
    for 已完成的任务 in 已完成的任务列表:
        在任务列表中移除 已完成的任务

	如果 任务列表 中的任务都已完成，则终止循环

import asyncio

# 去生成或获取一个事件循环
loop = asyncio.get_event_loop()

# 将任务放到`任务列表`
loop.run_until_complete(任务)

2.快速上手

协程函数，定义函数时候 async def 函数名 。

协程对象，执行协程函数() 得到的协程对象。

async def func():
    pass

result = func()

注意：执行协程函数创建协程对象，函数内部代码不会执行。

如果想要运行协程函数内部代码，必须要讲协程对象交给事件循环来处理。

import asyncio 

async def func():
    print("我来执行咯！")

result = func()

# loop = asyncio.get_event_loop()
# loop.run_until_complete( result )
asyncio.run( result ) # python3.7

3.await

await + 可等待的对象（协程对象、Future、Task对象 -> IO等待）

await就是等待对象的值得到结果之后再继续向下走。

示例代码：

import asyncio

async def func():
    print("来玩呀")
    response = await asyncio.sleep(2)
    print("结束",response)

asyncio.run( func() )

import asyncio


async def others():
    print("start")
    await asyncio.sleep(2)
    print('end')
    return '返回值'


async def func():
    print("执行协程函数内部代码")

    # 遇到IO操作挂起当前协程（任务），等IO操作完成之后再继续往下执行。当前协程挂起时，事件循环可以去执行其他协程（任务）。
    response = await others()

    print("IO请求结束，结果为：", response)
    
asyncio.run( func() )

import asyncio


async def others():
    print("start")
    await asyncio.sleep(2)
    print('end')
    return '返回值'


async def func():
    print("执行协程函数内部代码")

    # 遇到IO操作挂起当前协程（任务），等IO操作完成之后再继续往下执行。当前协程挂起时，事件循环可以去执行其他协程（任务）。
    response1 = await others()
    print("IO请求结束，结果为：", response1)
    
    response2 = await others()
    print("IO请求结束，结果为：", response2)
    
asyncio.run( func() )

4.Task对象

在事件循环中添加多个任务的。

Tasks用于并发调度协程，通过asyncio.create_task(协程对象)的方式创建Task对象，这样可以让协程加入事件循环中等待被调度执行。除了使用 asyncio.create_task() 函数以外，还可以用低层级的 loop.create_task() 或 ensure_future() 函数。不建议手动实例化 Task 对象。

注意：asyncio.create_task() 函数在 Python 3.7 中被加入。在 Python 3.7 之前，可以改用低层级的 asyncio.ensure_future() 函数。

示例代码：

import asyncio


async def func():
    print(1)
    await asyncio.sleep(2)
    print(2)
    return "返回值"


async def main():
    print("main开始")
	
 	# 创建Task对象，将当前执行func函数任务添加到事件循环。
    task1 = asyncio.create_task( func() )
	
    # 创建Task对象，将当前执行func函数任务添加到事件循环。
    task2 = asyncio.create_task( func() )

    print("main结束")

    # 当执行某协程遇到IO操作时，会自动化切换执行其他任务。
    # 此处的await是等待相对应的协程全都执行完毕并获取结果
    ret1 = await task1
    ret2 = await task2
    print(ret1, ret2)


asyncio.run( main() )

import asyncio


async def func():
    print(1)
    await asyncio.sleep(2)
    print(2)
    return "返回值"


async def main():
    print("main开始")

    task_list = [
        asyncio.create_task(func(), name='n1'),
        asyncio.create_task(func(), name='n2')
    ]

    print("main结束")

    done, pending = await asyncio.wait(task_list, timeout=None)
    print(done)


asyncio.run(main())

import asyncio


async def func():
    print(1)
    await asyncio.sleep(2)
    print(2)
    return "返回值"


task_list = [
    func(),
	func(), 
]

done,pending = asyncio.run( asyncio.wait(task_list) )
print(done)

5.asyncio.Future对象

Task继承Future，Task对象内部await结果的处理基于Future对象来的。

async def main():
    # 获取当前事件循环
    loop = asyncio.get_running_loop()

    # 创建一个任务（Future对象），这个任务什么都不干。
    fut = loop.create_future()

    # 等待任务最终结果（Future对象），没有结果则会一直等下去。
    await fut

asyncio.run( main() )

import asyncio


async def set_after(fut):
    await asyncio.sleep(2)
    fut.set_result("666")


async def main():
    # 获取当前事件循环
    loop = asyncio.get_running_loop()

    # 创建一个任务（Future对象），没绑定任何行为，则这个任务永远不知道什么时候结束。
    fut = loop.create_future()

    # 创建一个任务（Task对象），绑定了set_after函数，函数内部在2s之后，会给fut赋值。
    # 即手动设置future任务的最终结果，那么fut就可以结束了。
    await loop.create_task(  set_after(fut) )

    # 等待 Future对象获取 最终结果，否则一直等下去
    data = await fut
    print(data)

asyncio.run( main() )

四、实战案例

1、异步redis

在使用python代码操作redis时，链接/操作/断开都是网络IO。

pip3 install aioredis

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import asyncio
import aioredis


async def execute(address, password):
    print("开始执行", address)
    # 网络IO操作：创建redis连接
    redis = await aioredis.create_redis(address, password=password)

    # 网络IO操作：在redis中设置哈希值car，内部在设三个键值对，即： redis = { car:{key1:1,key2:2,key3:3}}
    await redis.hmset_dict('car', key1=1, key2=2, key3=3)

    # 网络IO操作：去redis中获取值
    result = await redis.hgetall('car', encoding='utf-8')
    print(result)

    redis.close()
    # 网络IO操作：关闭redis连接
    await redis.wait_closed()

    print("结束", address)


asyncio.run( execute('redis://47.93.4.198:6379', "root!2345") )

import asyncio
import aioredis


async def execute(address, password):
    print("开始执行", address)

    # 网络IO操作：先去连接 47.93.4.197:6379，遇到IO则自动切换任务，去连接47.93.4.198:6379
    redis = await aioredis.create_redis_pool(address, password=password)

    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    await redis.hmset_dict('car', key1=1, key2=2, key3=3)

    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    result = await redis.hgetall('car', encoding='utf-8')
    print(result)

    redis.close()
    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    await redis.wait_closed()

    print("结束", address)


task_list = [
    execute('redis://47.93.4.197:6379', "root!2345"),
    execute('redis://47.93.4.198:6379', "root!2345")
]

asyncio.run(asyncio.wait(task_list))

2、异步MySQL

pip3 install aiomysql

import asyncio
import aiomysql


async def execute():
    # 网络IO操作：连接MySQL
    conn = await aiomysql.connect(host='127.0.0.1', port=3306, user='root', password='123', db='mysql', )

    # 网络IO操作：创建CURSOR
    cur = await conn.cursor()

    # 网络IO操作：执行SQL
    await cur.execute("SELECT Host,User FROM user")

    # 网络IO操作：获取SQL结果
    result = await cur.fetchall()
    print(result)

    # 网络IO操作：关闭链接
    await cur.close()
    conn.close()


asyncio.run(execute())

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import asyncio
import aiomysql


async def execute(host, password):
    print("开始", host)
    # 网络IO操作：先去连接 47.93.40.197，遇到IO则自动切换任务，去连接47.93.40.198:6379
    conn = await aiomysql.connect(host=host, port=3306, user='root', password=password, db='mysql')

    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    cur = await conn.cursor()

    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    await cur.execute("SELECT Host,User FROM user")

    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    result = await cur.fetchall()
    print(result)

    # 网络IO操作：遇到IO会自动切换任务
    await cur.close()
    conn.close()
    print("结束", host)


task_list = [
    execute('47.93.41.197', "root!2345"),
    execute('47.93.40.197', "root!2345")
]

asyncio.run(asyncio.wait(task_list))

3、FastAPI框架

安装：

pip3 install fastapi

pip3 install uvicorn (asgi内部基于uvloop)

示例代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import asyncio

import uvicorn
import aioredis
from aioredis import Redis
from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()

# 创建一个redis连接池
REDIS_POOL = aioredis.ConnectionsPool('redis://47.193.14.198:6379', password="root123", minsize=1, maxsize=10)


@app.get("/")
def index():
    """ 普通操作接口 """
    return {"message": "Hello World"}


@app.get("/red")
async def red():
    """ 异步操作接口 """
    
    print("请求来了")

    await asyncio.sleep(3)
    # 连接池获取一个连接
    conn = await REDIS_POOL.acquire()
    redis = Redis(conn)

    # 设置值
    await redis.hmset_dict('car', key1=1, key2=2, key3=3)

    # 读取值
    result = await redis.hgetall('car', encoding='utf-8')
    print(result)

    # 连接归还连接池
    REDIS_POOL.release(conn)

    return result


if __name__ == '__main__':
    uvicorn.run("luffy:app", host="127.0.0.1", port=5000, log_level="info")

作者：顾城猿