python基礎教程：異步IO 之編程例子

咱們講以Python 3.7 上的asyncio爲例講解如何使用Python的異步IO。

建立第一個協程

Python 3.7 推薦使用 async/await 語法來聲明協程，來編寫異步應用程序。咱們來建立第一個協程函數：首先打印一行「你好」，等待1秒鐘後再打印「猿人學」。

sayhi()函數經過 async 聲明爲協程函數，較以前的修飾器聲明更簡潔明瞭。

在實踐過程當中，什麼功能的函數要用async聲明爲協程函數呢？就是那些能發揮異步IO性能的函數，好比讀寫文件、讀寫網絡、讀寫數據庫，這些都是浪費時間的IO操做，把它們協程化、異步化從而提升程序的總體效率（速度）。

sayhi()函數是經過 asyncio.run()來運行的，而不是直接調用這個函數（協程）。由於，直接調用並不會把它加入調度日程，而只是簡單的返回一個協程對象：

那麼，如何真正運行一個協程呢？asyncio 提供了三種機制：

（1）asyncio.run() 函數，這是異步程序的主入口，至關於C語言中的main函數。

（2）用await等待協程，好比上例中的 await asyncio.sleep(1) 。再看下面的例子，咱們定義了協程 say_delay() ，在main()協程中調用兩次，第一次延遲1秒後打印「你好」，第二次延遲2秒後打印「猿人學」。這樣咱們經過 await 運行了兩個協程。

從起止時間能夠看出，兩個協程是順序執行的，總共耗時1+2=3秒。

（3）經過 asyncio.create_task() 函數併發運行做爲 asyncio 任務（Task） 的多個協程。下面，咱們用create_task()來修改上面的main()協程，從而讓兩個say_delay()協程併發運行：

從運行結果的起止時間能夠看出，兩個協程是併發執行的了，總耗時等於最大耗時2秒。

asyncio.create_task() 是一個頗有用的函數，在爬蟲中它能夠幫助咱們實現大量併發去下載網頁。在Python 3.6中與它對應的是 ensure_future()。

可等待對象（awaitables）

可等待對象，就是能夠在 await 表達式中使用的對象，前面咱們已經接觸了兩種可等待對象的類型：協程和任務，還有一個是低層級的Future。

asyncio模塊的許多API都須要傳入可等待對象，好比 run(), create_task() 等等。

（1）協程

協程是可等待對象，能夠在其它協程中被等待。協程兩個緊密相關的概念是：

• 協程函數：經過 async def 定義的函數；
• 協程對象：調用協程函數返回的對象。

運行上面這段程序，結果爲：

co is 
now is 1548512708.2026224
now is 1548512708.202648

能夠看到，直接運行協程函數 whattime()獲得的co是一個協程對象，由於協程對象是可等待的，因此經過 await 獲得真正的當前時間。now2是直接await 協程函數，也獲得了當前時間的返回值。

（2）任務

前面咱們講到，任務是用來調度協程的，以便併發執行協程。當一個協程經過 asyncio.create_task() 被打包爲一個 任務，該協程將自動加入程序調度日程準備當即運行。

create_task()的基本使用前面例子已經講過。它返回的task經過await來等待其運行完。若是，咱們不等待，會發生什麼？「準備當即運行」又該如何理解呢？先看看下面這個例子：

運行這段代碼的狀況是這樣的：
首先，1秒鐘後打印一行，這是第13，14行代碼運行的結果：

calling:0, now is 09:15:15

接着，停頓1秒後，連續打印4行：

calling:1, now is 09:15:16
calling:2, now is 09:15:16
calling:3, now is 09:15:16
calling:4, now is 09:15:16

從這個結果看，asyncio.create_task()產生的4個任務，咱們並無await，它們也執行了。關鍵在於第18行的 await，若是把這一行去掉或是sleep的時間小於1秒（比whattime()裏面的sleep時間少便可），就會只看到第一行的輸出結果而看不到後面四行的輸出。這是由於，main()不sleep或sleep少於1秒鐘，main()就在whattime()還將來得及打印結果（由於，它要sleep 1秒）就退出了，從而整個程序也退出了，就沒有whattime()的輸出結果。

再來理解一下「準備當即執行」這個說法。它的意思就是，create_task()只是打包了協程並加入調度隊列還未執行，並準備當即執行，何時執行呢？在「主協程」（調用create_task()的協程）掛起的時候，這裏的「掛起」有兩個方式：

一是，經過 await task 來執行這個任務；
另外一個是，主協程經過 await sleep 掛起，事件循環就去執行task了。

咱們知道，asyncio是經過事件循環實現異步的。在主協程 main()裏面，沒有遇到 await 時，事件就是執行main()函數，遇到 await 時，事件循環就去執行別的協程，即create_task()生成的whattime()的4個任務，這些任務一開始就是 await sleep 1秒。這時候，主協程和4個任務協程都掛起了，CPU空閒，事件循環等待協程的消息。

若是main()協程只sleep了0.1秒，它就先醒了，給事件循環發消息，事件循環就來繼續執行main()協程，而main()後面已經沒有代碼，就退出該協程，退出它也就意味着整個程序退出，4個任務就沒機會打印結果；

若是main()協程sleep時間多餘1秒，那麼4個任務先喚醒，就會獲得所有的打印結果；

若是main()的18行sleep等於1秒時，和4個任務的sleep時間相同，也會獲得所有打印結果。這是爲何呢？

我猜測是這樣的：4個任務生成在前，第18行的sleep在後，事件循環的消息響應可能有個先進先出的順序。後面深刻asyncio的代碼專門研究一下這個猜測正確與否。

（3）Future

它是一個低層級的可等待對象，表示一個異步操做的最終結果。目前，咱們寫應用程序還用不到它，暫不學習。

asyncio異步IO協程總結

協程就是咱們異步操做的片斷。一般，寫程序都會把所有功能分紅不少不一樣功能的函數，目的是爲告終構清晰；進一步，把那些涉及耗費時間的IO操做（讀寫文件、數據庫、網絡）的函數經過 async def 異步化，就是異步編程。

那些異步函數（協程函數）都是經過消息機制被事件循環管理調度着，整個程序的執行是單線程的，可是某個協程A進行IO時，事件循環就去執行其它協程非IO的代碼。當事件循環收到協程A結束IO的消息時，就又回來執行協程A，這樣事件循環不斷在協程之間轉換，充分利用了IO的閒置時間，從而併發的進行多個IO操做，這就是異步IO。

寫異步IO程序時記住一個準則：須要IO的地方異步。其它地方即便用了協程函數也是沒用的。