Python 的 asyncio 库是用于编写并发代码的，它使用 async/await 语法。它为编写异步程序提供了基础，通过非阻塞调用高效处理 I/O 密集型操作，适用于涉及网络连接、文件 I/O 或数据库的程序。本教程将介绍 asyncio 的基础知识，并逐步从简单示例过渡到更复杂的示例。

一、什么是异步编程？

异步编程允许程序在不等待一个任务完成的情况下同时处理多个任务。在同步编程中，如果一个函数调用耗时（比如下载文件），整个程序会等待。相比之下，异步代码可以通过在等待响应（例如 I/O 操作）时切换任务，从而实现多个任务的“同时”执行。

二、 介绍 asyncio

Asyncio 是 Python 用于编写异步代码的内置库。它允许执行非阻塞函数，这些函数在等待 I/O 操作时可以将控制权交还给事件循环，从而让程序能够执行其他任务。

asyncio 的关键组件包括：

• 协程（Coroutines）：使用 async def 声明的函数。
• 事件循环（Event Loop）：asyncio 的核心，负责执行协程并根据需要进行调度。
• Future/Task：表示尚未完成的协程或其他计算的对象。

三、基础语法：async 和 await

asyncio 的基本结构围绕协程展开。协程是一种可以暂停执行并允许其他协程运行的函数。协程使用 async def 关键字定义，执行暂停则通过 await 实现。

示例：基础 async/await 结构

import asyncio # 导入 asyncio 模块，提供异步编程支持

# 定义一个异步协程函数
# 协程是可以在执行过程中暂停并稍后恢复的特殊函数
async def say_hello():
 print("Hello!") # 打印第一条消息
 # 模拟一个 I/O 操作，暂停协程执行 1 秒
 # asyncio.sleep 是一个非阻塞的睡眠函数，它会暂停当前协程
 # 但不会阻塞整个程序或事件循环，允许其他协程继续执行
 await asyncio.sleep(1)
 print("Hello after 1 second!") # 1 秒后打印第二条消息

# 使用 asyncio.run() 运行主协程
# 这个函数会自动创建事件循环、运行协程，然后关闭事件循环
# 它是运行异步代码的推荐方式
asyncio.run(say_hello())

解释：

• `say_hello` 是一个协程，由 async def 标记。
• await 暂停协程，让事件循环在等待 asyncio.sleep(1) 完成时执行其他任务。

四、asyncio 中的协程

协程是 asyncio 的核心。这些函数返回一个协程对象，需要通过 await 或调度来运行。

示例：简单的协程链

import asyncio # 导入 asyncio 模块，提供异步编程支持

# 定义第一个协程任务
async def task1():
 print("Starting task 1...") # 开始执行任务1时打印消息
 # 模拟 I/O 绑定任务，暂停协程执行 2 秒
 # 此时协程会释放控制权，但不会阻塞事件循环
 await asyncio.sleep(2)
 print("Task 1 completed after 2 seconds") # 任务1完成后打印消息

# 定义第二个协程任务
async def task2():
 print("Starting task 2...") # 开始执行任务2时打印消息
 # 模拟 I/O 绑定任务，暂停协程执行 1 秒
 await asyncio.sleep(1)
 print("Task 2 completed after 1 second") # 任务2完成后打印消息

# 定义主协程函数，按顺序链式执行其他协程
async def main():
 # 顺序执行两个任务
 # 注意这是串行执行方式 - task1 完全完成后才会开始 task2
 # 两个任务总共需要 3 秒 (2+1) 才能完成
 await task1() # 等待任务1完成
 await task2() # 等待任务2完成
 # 如果需要并发执行，可以使用 asyncio.gather 或 asyncio.create_task

# 使用 asyncio.run() 运行主协程
# 这会创建事件循环、运行协程，然后关闭事件循环
asyncio.run(main())

输出：

在这里，task1 和 task2 是按顺序运行的。main() 协程通过依次等待每个任务来协调流程。

五、并发运行多个协程

要并发运行多个协程，我们可以使用：

• asyncio.gather()：并发运行一组协程。
• asyncio.create_task()：将协程调度为独立任务。

示例：使用 asyncio.gather()

import asyncio # 导入 asyncio 模块，提供异步编程支持

# 定义第一个协程任务
async def task1():
 # 模拟 I/O 绑定任务，暂停协程执行 2 秒
 # 此时协程会释放控制权，但不会阻塞事件循环
 await asyncio.sleep(2)
 return "Task 1 completed" # 返回任务1完成的消息

# 定义第二个协程任务
async def task2():
 # 模拟 I/O 绑定任务，暂停协程执行 1 秒
 await asyncio.sleep(1)
 return "Task 2 completed" # 返回任务2完成的消息

# 定义主协程函数，并发执行多个任务
async def main():
 # 使用 asyncio.gather 并发执行多个协程
 # gather 会并发运行所有传入的协程，并收集它们的结果
 # 虽然 task1 需要 2 秒，task2 需要 1 秒，但总共只需要约 2 秒
 # 因为它们是并发执行的，而不是像 chain 示例中的串行执行
 results = await asyncio.gather(task1(), task2())
 print(results) # 打印结果列表：["Task 1 completed", "Task 2 completed"]

# 使用 asyncio.run() 运行主协程
# 这会创建事件循环、运行协程，然后关闭事件循环
asyncio.run(main())

输出：

['Task 1 completed', 'Task 2 completed']

解释：

task1 和 task2 并发运行，因此总执行时间由运行时间最长的任务决定（在这个例子中是 2 秒）。

示例：使用 asyncio.create_task

asyncio.create_task 创建独立运行的后台任务，允许你在不阻塞主流程的情况下启动协程。

import asyncio # 导入 asyncio 模块，提供异步编程支持

# 定义第一个协程任务
async def task1():
 # 模拟 I/O 绑定任务，暂停协程执行 2 秒
 # 此时协程会释放控制权，但不会阻塞事件循环
 await asyncio.sleep(2)
 print("Task 1 completed") # 任务1完成后打印消息

# 定义第二个协程任务
async def task2():
 # 模拟 I/O 绑定任务，暂停协程执行 1 秒
 await asyncio.sleep(1)
 print("Task 2 completed") # 任务2完成后打印消息

# 定义主协程函数，使用 create_task 创建并发任务
async def main():
 # 使用 asyncio.create_task 将协程包装为任务对象
 # create_task 会立即调度协程执行，不需要等待它完成
 # 这与 gather 类似，都能实现并发执行
 task1_instance = asyncio.create_task(task1()) # 创建任务1实例并立即开始执行
 task2_instance = asyncio.create_task(task2()) # 创建任务2实例并立即开始执行

 # 等待两个任务完成
 # 虽然 task1 需要 2 秒，task2 需要 1 秒，但总共只需要约 2 秒
 # 因为它们是并发执行的，task2 会在 task1 完成前就完成
 await task1_instance # 等待任务1完成
 await task2_instance # 等待任务2完成（如果已完成，立即返回）

# 使用 asyncio.run() 运行主协程
# 这会创建事件循环、运行协程，然后关闭事件循环
asyncio.run(main())

输出：

解释：

这里，两个任务都被调度并发运行。await 语句确保主函数等待两个任务都完成。

接下来介绍一下 asyncio 更复杂的示例。

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