python异步库asyncio使用方法

一、异步编程概述

1、异步编程的概念和优势

异步编程是一种编写能够在单线程中同时处理多个任务的编程方式。与传统的同步编程相比,异步编程的主要优势在于能够提高程序的并发性和响应性,尤其适用于IO密集型任务,如网络通信、数据库访问等。

asyncio是Python 3.4版本引入的标准库,用于实现异步编程。它基于事件循环(Event Loop)模型,通过协程(Coroutines)来实现任务的切换和调度。在asyncio中,我们可以使用async关键字定义协程函数,并使用await关键字挂起协程的执行。

异步编程的核心思想是避免阻塞,即当一个任务在等待某个操作完成时,可以让出CPU执行权,让其他任务继续执行。这样可以充分利用CPU的时间片,提高程序的整体效率。

2、异步编程示例

import asyncio

async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作,挂起协程执行
    print("World")

async def main():
    await asyncio.gather(
        hello(),
        hello()
    )

asyncio.run(main())

定义了两个协程函数hello(),每个函数打印一条消息,并通过await asyncio.sleep(1)实现了一个模拟的耗时操作。在main()函数中,使用asyncio.gather()方法并发运行两个协程任务。最后,通过asyncio.run()来运行主函数。

这个示例展示了异步编程的基本特点:协程函数能够在等待耗时操作时挂起执行,让其他任务继续执行,从而实现并发执行多个任务。

二、协程基础

1、协程的概念和特点

协程(Coroutines)是异步编程中的一种特殊函数,它可以在运行过程中暂停并记录当前状态,然后在需要时恢复执行。协程非常适合处理那些可能会被中断和恢复的任务,如IO操作、计算密集型任务等。

2、asyncawait关键字的用法

在Python中,可以通过使用async关键字定义协程函数,使用await关键字挂起协程的执行,等待耗时操作完成后再恢复执行。

import asyncio

async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作,挂起协程执行
    print("World")

asyncio.run(hello())

在上述示例中,我们定义了一个协程函数hello(),它打印一条消息,然后通过await asyncio.sleep(1)实现了一个模拟的耗时操作。最后,通过asyncio.run()来运行协程函数。

Hello
# 等待1秒后
World

可以看到,在协程函数中,通过await关键字挂起协程的执行,等待耗时操作完成。这样,协程函数可以在等待期间让出CPU执行权,让其他任务继续执行。

需要注意的是,协程函数必须通过await关键字与具体的异步操作进行配合使用。await后面可以跟一个协程对象、一个实现了__await__()方法的对象(如asyncio.sleep()方法),或者一些其他的异步操作。

协程函数的定义方式与普通函数相同,只需在函数声明处使用async关键字即可。在协程函数中,可以使用return返回结果,也可以不返回任何内容(即不使用return语句)。

三、事件循环(Event Loop)基础

1、事件循环的概念和原理

事件循环是异步编程的核心机制,它负责协调和调度协程的执行,以及处理IO操作和定时器等事件。它会循环监听事件的发生,并根据事件的类型选择适当的协程进行调度。

asyncio库中,可以通过asyncio.get_event_loop()方法获取默认的事件循环对象,也可以使用asyncio.new_event_loop()方法创建新的事件循环对象。

2、事件循环的核心方法

import asyncio

async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作,挂起协程执行
    print("World")

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

在上述示例中,我们首先通过asyncio.get_event_loop()方法获取默认的事件循环对象,然后使用loop.run_until_complete()方法运行协程函数。最后,通过loop.close()关闭事件循环。

在事件循环中,协程函数会按照调度规则进行执行。当遇到await关键字时,协程函数会暂时挂起,并将控制权让给其他协程。当await后面的耗时操作完成后,事件循环会恢复被挂起的协程的执行。

需要注意的是,run_until_complete()方法接受一个可等待对象作为参数,可以是协程对象、任务对象或者Future对象。它会持续运行事件循环,直到可等待对象完成。

另外,使用asyncio库创建和运行事件循环还有其他的方式,例如使用asyncio.run()方法来简化上述代码:

import asyncio

async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作,挂起协程执行
    print("World")

asyncio.run(hello())

四、异步IO操作

1、异步IO操作的概念

在异步编程中,IO操作(如网络请求、文件读写等)通常是耗时的操作,阻塞式的IO操作会导致程序在等待IO完成时无法做其他事情。而异步IO操作则可以在等待IO完成时让出CPU执行权,以便同时处理其他任务。

在Python中,可以通过asyncio库来实现异步IO操作。asyncio提供了一系列的函数和类来管理异步IO操作,例如使用asyncio.open()来异步打开文件、使用asyncio.wait()来等待多个异步任务完成等。

2、IO操作方法

import asyncio

async def read_file(file_path):
    async with asyncio.open(file_path, 'r') as file:
        data = await file.read()
        print(data)

asyncio.run(read_file('example.txt'))

在上述示例中,我们定义了一个协程函数read_file(),它使用asyncio.open()来异步打开文件,并使用await file.read()来异步读取文件内容。最后,通过asyncio.run()运行协程函数。

需要注意的是,asyncio.open()返回一个AsyncIOModeReader对象,可以使用await关键字来读取文件内容。另外,在使用asyncio.open()时,也可以通过指定文件的编码方式和其他参数来进行相关配置。

除了使用asyncio.open()来进行异步文件操作外,asyncio还提供了许多其他的异步IO操作函数和类,如asyncio.create_connection()用于异步创建网络连接、asyncio.start_server()用于异步启动服务器等。可以根据具体的需求选择合适的方法来进行异步IO操作。

除了读取文件,我们还可以使用异步的文件对象执行异步写入操作。

import asyncio

async def write_file(file_path, content):
    try:
        async with asyncio.open_file(file_path, 'w') as file:
            await file.write(content)
            print("文件写入成功")
    except OSError:
        print("写入文件失败")

async def main():
    await write_file("myfile.txt", "Hello, world!")

asyncio.run(main())

在上述示例中,我们定义了一个write_file()函数,该函数用于异步写入文件内容。我们使用asyncio.open_file()函数来打开文件,并指定文件路径和打开模式(例如'w'表示写入模式)。

然后,我们使用await file.write(content)来异步将内容写入文件。最后,我们打印输出写入文件成功的消息。

五、定时器和延迟执行

在异步编程中,我们常常需要在一定的时间间隔内执行某些任务,或者延迟一段时间后执行某些操作。asyncio库提供了定时器和延迟执行的功能,使我们能够方便地实现这些需求。

要创建一个定时器,可以使用asyncio.sleep()函数。该函数会暂停当前任务的执行,并在指定的时间间隔之后恢复执行。

import asyncio

async def task():
    print("开始任务")
    await asyncio.sleep(3)
    print("任务完成")

async def main():
    print("程序开始")
    await task()
    print("程序结束")

asyncio.run(main())

在上述示例中,我们定义了一个task()函数,其中使用await asyncio.sleep(3)来创建一个定时器,指定了3秒的时间间隔。

当我们运行main()函数时,会输出"程序开始",然后调用task()函数。在调用await asyncio.sleep(3)后,程序会暂停3秒钟,然后才会继续执行后续的代码。

因此,会输出"开始任务",然后等待3秒后输出"任务完成",最后输出"程序结束"。

除了使用定时器外,我们还可以使用asyncio.ensure_future()函数和asyncio.gather()函数来实现延迟执行任务。

asyncio.ensure_future()函数接受一个协程对象作为参数,并将其封装为一个Task对象,表示一个可等待的任务。

import asyncio

async def task():
    print("执行任务")

async def main():
    print("程序开始")
    future = asyncio.ensure_future(task())
    await asyncio.sleep(3)
    await future
    print("程序结束")

asyncio.run(main())

在上述示例中,我们使用asyncio.ensure_future()函数将task()函数封装为一个Task对象,并将其赋值给变量future

然后,我们使用await asyncio.sleep(3)创建一个定时器来延迟执行任务,等待3秒钟。

最后,使用await future来等待任务的完成,即延迟执行的任务。

另外,asyncio.gather()函数可以同时运行多个协程,并等待它们全部完成。

import asyncio

async def task1():
    print("任务1开始")
    await asyncio.sleep(2)
    print("任务1完成")

async def task2():
    print("任务2开始")
    await asyncio.sleep(3)
    print("任务2完成")

async def main():
    print("程序开始")
    await asyncio.gather(task1(), task2())
    print("程序结束")

asyncio.run(main())

在上述示例中,我们定义了两个task1()task2()函数,分别表示两个需要执行的任务。

main()函数中,使用await asyncio.gather(task1(), task2())来同时运行这两个任务,并等待它们全部完成。

六、异步网络通信

1、介绍异步网络编程的概念

在异步编程中,异步网络请求是一种常见的任务。它允许我们以非阻塞的方式发送网络请求并同时执行其他任务,而无需等待响应返回。

异步网络请求的概念是通过在发送请求时立即返回一个可等待对象,在后台进行网络通信,并在响应可用时进行处理。

在Python中,我们可以使用asyncio库来实现异步网络请求。asyncio提供了一些函数和类来进行异步的网络通信,如aiohttp库。

2、异步网络通信的方法

import asyncio
import aiohttp

async def fetch_data(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
            data = await response.text()
            print(data)

async def main():
    await fetch_data("https://www.example.com")

asyncio.run(main())

在上述示例中,我们定义了一个fetch_data()函数,用于异步获取指定URL的数据。

首先,我们创建一个异步的HTTP客户端会话,使用aiohttp.ClientSession()。然后,我们使用session.get()方法发送GET请求并获取响应对象。

接下来,我们使用await response.text()来异步获取响应的文本数据,并将其存储在变量data中。

最后,我们可以根据需要对获取到的数据进行处理,这里只是简单地将其打印输出。

需要注意的是,在使用完异步的HTTP客户端会话后,我们使用async with语句来自动关闭会话,以释放相关资源。

当我们运行main()函数时,会执行异步获取数据的操作。而在等待数据返回的过程中,程序可以继续执行其他任务。

七、异步数据库操作

在异步编程中,与数据库的交互也是一项常见的任务。asyncio库提供了一些函数和类来实现异步的数据库操作。

使用asyncio封装一个关于Oracle操作的类时,你可以创建一个OracleHandler类,并在其中定义增删改查等操作的方法。下面是一个示例代码,其中包含了插入、删除、更新和查询方法的实现:

import asyncio
import cx_Oracle

class OracleHandler:
    def __init__(self, username, password, hostname, port, sid):
        self.username = username
        self.password = password
        self.hostname = hostname
        self.port = port
        self.sid = sid

    async def connect(self):
        """建立与Oracle数据库的连接"""
        connection = await cx_Oracle.connect(f"{self.username}/{self.password}@{self.hostname}:{self.port}/{self.sid}")
        return connection

    async def disconnect(self, connection):
        """断开与Oracle数据库的连接"""
        await connection.close()

    async def insert(self, table_name, data):
        """插入数据"""
        connection = await self.connect()
        try:
            cursor = await connection.cursor()
            # 构造插入语句
            query = f"INSERT INTO {table_name} (column1, column2, ...) VALUES (:value1, :value2, ...)"
            await cursor.execute(query, data)
            await connection.commit()

        finally:
            await self.disconnect(connection)

    async def delete(self, table_name, condition):
        """删除数据"""
        connection = await self.connect()
        try:
            cursor = await connection.cursor()
            # 构造删除语句
            query = f"DELETE FROM {table_name} WHERE {condition}"
            await cursor.execute(query)
            await connection.commit()

        finally:
            await self.disconnect(connection)

    async def update(self, table_name, data, condition):
        """更新数据"""
        connection = await self.connect()
        try:
            cursor = await connection.cursor()
            # 构造更新语句
            query = f"UPDATE {table_name} SET column1 = :value1, column2 = :value2, ... WHERE {condition}"
            await cursor.execute(query, data)
            await connection.commit()

        finally:
            await self.disconnect(connection)

    async def select(self, table_name, columns, condition):
        """查询数据"""
        connection = await self.connect()
        try:
            cursor = await connection.cursor()
            # 构造查询语句
            query = f"SELECT {columns} FROM {table_name} WHERE {condition}"
            await cursor.execute(query)
            result = await cursor.fetchall()
            return result

        finally:
            await self.disconnect(connection)

# 示例用法
async def main():
    handler = OracleHandler("username", "password", "hostname", "port", "sid")

    # 插入数据
    data = {"value1": "foo", "value2": "bar"}  # 替换为具体的数据
    await handler.insert("table_name", data)

    # 删除数据
    condition = "column1 = 'foo'"  # 替换为具体的条件
    await handler.delete("table_name", condition)

    # 更新数据
    data = {"value1": "new_value"}  # 替换为具体的数据
    condition = "column2 = 'bar'"  # 替换为具体的条件
    await handler.update("table_name", data, condition)

    # 查询数据
    columns = "column1, column2"  # 替换为具体的列名
    condition = "column1 = 'foo'"  # 替换为具体的条件
    result = await handler.select("table_name", columns, condition)
    print(result)

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())

在上述代码中,你需要根据实际情况替换OracleHandler类的构造函数中的用户名、密码、主机名、端口和SID等参数。然后,你可以在main()函数中调用OracleHandler类的方法来执行对应的操作。

八、参考

1、https://zhuanlan.zhihu.com/p/59621713

posted @ 2023-07-21 16:31  xyztank  阅读(6730)  评论(0编辑  收藏  举报