Python进阶:并发编程之Asyncio

什么是Asyncio

　　多线程有诸多优点且应用广泛，但也存在一定的局限性： 比如，多线程运行过程容易被打断，因此有可能出现 race condition 的情况；再如，线程切换本身存在一定的损耗，线程数不能无限增加，因此，如果I/O 操作非常 heavy，多线程很有可能满足不了高效率、高质量的需求。

　　因此，Asyncio 应运而生。

Sync(同步) VS Async(异步)

　　所谓 Sync，是指操作一个接一个地执行，下一个操作必须等上一个操作完成后才能执行。而 Async 是指不同操作间可以相互交替执行，如果其中的某个操作被 block 了，程序并不会等待，而是会找出可执行的操作继续执行。

Asyncio 工作原理

　　Asyncio 和其他 Python 程序一样，是单线程的，它只有一个主线程，但是可以进行多个不同的任务（task），这里的任务，就是特殊的 future 对象。这些不同的任务，被一个叫做 event loop 的对象所控制。event loop 会根据其是否完成，把任务放到预备或等待状态的列表，然后遍历等待状态列表的任务，查看他们是否完成。如果完成，则将其放到预备状态的列表； 如果未完成，则继续放在等待状态的列表。

Asyncio 用法

import asyncio
import aiohttp
import time

async def download_one(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as resp:
            print('Read {} from {}'.format(resp.content_length, url))
            #text_len = await resp.text()
            #print('Read {} from {}'.format(len(text_len), url))
            #print('len(text_len)',len(text_len))

async def download_all(sites):
    tasks = [asyncio.create_task(download_one(site)) for site in sites]
    await asyncio.gather(*tasks)

def main():
    sites = [
            'https://www.baidu.com/',
            'https://pypi.org/',
            'https://www.sina.com.cn/',
            'https://www.163.com/',
            'https://news.qq.com/',
            'http://www.ifeng.com/',
            'http://www.ce.cn/',
            'https://news.baidu.com/',
            'http://www.people.com.cn/',
            'http://www.ce.cn/',
            'https://news.163.com/',
            'http://news.sohu.com/'
    ]
    start_time = time.perf_counter()
    asyncio.run(download_all(sites))
    end_time = time.perf_counter()
    print('Download {} sites in {} seconds'.format(len(sites), end_time - start_time))
    
if __name__ == '__main__':
    main()

# 输出
Read 227 from https://www.baidu.com/
Read None from http://www.ce.cn/
Read None from http://www.ce.cn/
Read 38914 from http://www.people.com.cn/
Read None from https://news.qq.com/
Read None from https://news.163.com/
Read None from https://www.163.com/
Read 129268 from https://www.sina.com.cn/
Read None from http://www.ifeng.com/
Read None from https://news.baidu.com/
Read None from http://news.sohu.com/
Read 4293 from https://pypi.org/
Download 12 sites in 0.7875643999999999 seconds

　　主函数里的 asyncio.run(coro) 是 Asyncio 的 root call，表示拿到 event loop，运行输入的 coro，直到它结束，最后关闭这个 event loop。

　　事实上，asyncio.run() 是 Python3.7+ 才引入的，相当于老版本的以下语句：

loop = asyncio.get_event_loop()
try:
    loop.run_until_complete(coro)
finally:
    loop.close()

Asyncio 有缺陷吗？

　　首先有兼容性问题，如asyncio 与 requests库不兼容，因此上例使用的是aiohttp库(上例aiohttp库出现content_length为None，暂不知原因).另外是任务调度的问题，你需要 await 一系列的操作，就得使用 asyncio.gather()；如果只是单个的 future，或许只用 asyncio.wait() 就可以了。那么，对于你的 future，你是想要让它 run_until_complete() 还是 run_forever() 呢？

Asyncio 还是 多线程？

　　可以遵循以下伪代码的规范：

if io_bound:
    if io_slow:
        print('Use Asyncio')
    else:
        print('Use multi-threading')
else if cpu_bound:
    print('Use multi-processing')

• 如果是 I/O bound，并且 I/O 操作很慢，需要很多任务 / 线程协同实现，那么使用 Asyncio 更合适。
• 如果是 I/O bound，但是 I/O 操作很快，只需要有限数量的任务 / 线程，那么使用多线程就可以了。
• 如果是 CPU bound，则需要使用多进程来提高程序运行效率。

参考

　　极客时间《Python核心技术与实战》专栏