Python 異步編程——asyncio和await

asyncio 模塊。asyncio模塊具有優秀的特性，允許我們編寫更高效的 Python 異步應用。我們將探討如何在 Python 中管理異步事件循環。在深入探討這個主題之前，讓我們先了解一下什麼是異步編程。

什麼是異步編程？

在同步編程中，方法被編寫成一次執行一個任務。如果一個函數依賴於另一個函數的輸出，它必須等待該函數的執行完成。程序實際上是停止的，直到函數完成它的執行。這意味着一次可以執行一個程序。

這降低了程序的速度，因為它被迫停止並等待一些事情完成。系統中有許多進程器可用，因此做其他任務而不是理想的 sit 是對資源的浪費。

為了克服這一點，異步編程概念開始發揮作用。它的行為不同；它也需要一次執行一次。但是系統可能不會等到執行完畢再繼續下一步。

這意味着，如果程序將執行另一項任務，而前一項任務尚未完成並仍在其他地方運行，則處理器並不理想。

在本教程中，我們將解釋為什麼我們需要這樣一種類型的編程。

什麼是異步輸入輸出？

asyncio 是一個 Python 庫，用於使用異步/等待運行並發代碼。它是 Python 異步框架的基礎，提供連接庫、網絡和 web 服務器、數據庫分布式任務隊列、高性能等。

該模塊提供了圍繞事件循環工作的框架，並且還處理輸入/輸出和系統事件等事情。

協同工作和任務

asyncio 是一個 Python 庫，用於使用異步/等待運行並發代碼。它是 Python 異步框架的基礎，提供連接庫、網絡、網絡服務器、數據庫分布式任務隊列、高性能等。

該模塊提供了圍繞事件循環工作的框架，並處理輸入/輸出和系統事件等事務。

示例- 1

import asyncio
async def main():
    print ("Waiting 5 seconds. ")
    for _ in range(5):
        await asyncio.sleep(1)
        print ("Hello")
    print ("Finished waiting.")
asyncio.run(main())

輸出:

Waiting 5 seconds. 
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Finished waiting.

解釋-

在上面的代碼中-

• 我們已經導入了 asyncio模塊來訪問 Python 異步功能。
• 然後創建一個 primary() 函數，並在前面寫 async 關鍵字。這將允許程序異步運行任務。
• 我們使用 for循環並調用sleep()方法，這迫使我們等待 1 秒鐘。
• 程序一秒鐘後打印“你好”。
• 程序應該有一個。運行()功能以及一個。main() 功能。

我們還可以安排任務或對象來綁定協程並幫助它們運行。讓我們理解下面的例子。

示例- 2

import asyncio
import time

async def execute(delay, value):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(value)

async def main():
    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    await execute(1, 'hello')
    await execute(2, 'world')

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")

asyncio.run(main())

輸出:

started at 11:11:54
hello
world
finished at 11:11:57

解釋-

在上面的代碼中，

• 我們已經導入了 asyncio 和時間模塊。
• 然後我們用延遲和值參數定義了 execute() 函數。它使用睡眠()方法打印延遲時間。
• 在 main() 函數中，我們傳遞了兩個參數:第一個是延遲時間，第二個是要打印的值。
• 程序開始執行並打印準確的執行時間，打印“你好”，然後等待兩秒鐘，打印“世界”並停止。

現在，讓我們對上面的代碼進行一些更改，並查看結果。

示例- 3 創建任務

async def execute(delay, value):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(value)

async def main():
    # Using asyncio.create_task() method to run coroutines concurrently as asyncio
    task1 = asyncio.create_task(
        execute(1, 'hello'))

    task2 = asyncio.create_task(
        execute(2, 'world'))

    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    # Wait until both tasks are completed (should take
    # around 2 seconds.)
    await task1
    await task2

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")

asyncio.run(main())

輸出:

started at 15:43:30
hello
world
finished at 15:43:32

我們可以看到它比前一個程序快 1 秒。 create.task() 方法將在事件循環中運行，並將結果放入任務中。我們已經安排了這兩個任務，並使用等待返回它們。

用 Python 管理異步事件循環

Asyncio 還用於管理異步事件循環。事件循環是運行異步函數和回調的對象。當我們想要執行協程時，當我們運行 asyncio.run() 方法時，事件對於異步函數來說是至關重要的；自動創建事件循環對象。為了實現更高級的服務器，我們需要對事件循環的低級訪問。我們需要直接處理事件循環的內部。

事件循環具有以下特徵。

• 它可以註冊、執行和取消延遲調用(異步函數)
• 它可以為通信創建客戶機和服務器傳輸
• 它可以為與另一個程序的通信創建子過程和傳輸。
• 將函數調用委託給線程池。

讓我們看看下面的例子。

示例-

import asyncio

async def speech_async():
    print('This is a asynchronicity!')

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

輸出:

This is a asynchronicity!

事件循環從獲取 asyncio.get_event_loop() 開始，調度並運行異步任務，當我們完成運行時關閉事件循環。

用 Python 中的流讀寫數據

asyncio模塊提供流，用於執行高級網絡輸入/輸出。它可以充當網絡請求的服務器。它最適合於長時間運行的網絡操作，其中應用阻塞等待一些其他資源返回結果。

asyncio 有兩個類，StreamReader 和 StreamWriter 。這些類用於高級別的網絡讀寫。

要從網絡讀取，我們需要使用asyncio . open _ connection()打開網絡。我們將使用流讀取器和流寫入器對象函數返回元組。閱讀()和。將()方法寫入每個連接。

asyncio.start_server ()方法用於接收來自遠程主機的連接。該函數以回調函數 client_connected_cb 為參數。每當函數收到請求時都會調用它。

Python 中的同步任務

我們之前已經討論過，異步程序是分開運行的，但是有時我們會希望相互通信。asyncio模塊為我們提供了一個隊列和各種其他方法來建立任務之間的同步。

下面我們來了解一下下面的實現方法。

• 隊列- 異步隊列便於異步函數排列 Python 對象，以供其他異步函數使用。例如——工作負載分布在行為上的函數之間。
• 同步原語-asyncio 的特性鎖、事件、條件和信號量充當了傳統 Python 的對應物。

這裡有一點要時刻記住，這些方法不是線程安全的。對於在同一事件循環中運行的異步任務，這不是問題。但是我們需要使用線程模塊在任務之間共享信息。

什麼時候使用異步編程？

在下面的場景中，我們可以使用異步編程。

• 當我們想要快速完成工作時。
• 延遲包括等待輸入/輸出(磁盤或網絡)操作，而不是計算。
• 當許多輸入/輸出操作同時發生時。

asyncio模塊允許我們並行執行多個任務，並高效地迭代它們，而不會阻塞應用的其餘部分。

下面給出了一些任務，它們可以很好地與 asyncio 配合使用。

• 刮網。
• 網絡服務(網絡服務器和框架)
• 同步數據庫

Asyncio 中的幾個重要函數

下面是異步編程時使用的一些基本方法。

運行異步程序

• asyncio.run(coro，* debug = False)-*此功能用於阻止 執行延遲*** 秒。它掛起當前任務，並允許另一個任務運行。延遲是一個顯示秒數的參數。

示例-

async def main():
    await asyncio.sleep(1)
    print('hello')
asyncio.run(main())

創建任務

• *create_task(coro， name = None)-該功能將 Coroutines 包裝成一個 task，安排**執行。它返回任務對象。

示例-

async def coro():
    ...

# In Python 3.7+
task = asyncio.create_task(coro())
...
task = asyncio.ensure_future(coro())

睡眠

• *睡眠(延遲，結果=無，循環=無)- 此功能用於阻止執行延遲執行**秒。它掛起當前任務，並允許其他任務運行。延遲是一個顯示秒數的參數。

示例-

import asyncio
async def main():
    for _ in range(3):
        await asyncio.sleep(1)
        print ("Hello")
asyncio.run(main())

超時設定

• *協同工作等待(aw，超時，循環=無)- 該功能用於等待 aw(協同工作自動安排為任務)喚醒超時完成。

示例-

async def myfunc():
    # Sleep for ten minutes
    await asyncio.sleep(600)
    print('hello!')

async def main():
    # Wait for at most 1 second
    try:
        await asyncio.wait_for(myfunc(), timeout=1.0)
    except asyncio.TimeoutError:
        print('timeout!')

asyncio.run(main())

結論

本教程包括使用 Python asyncio模塊進行異步編程的概念。當我們使用上下文切換時，asyncio 為我們提供了對何時上下文的編程控制。這意味着我們可以處理線程編程中出現的許多複雜問題。

它是一個強大而有價值的工具，但僅適用於異步類型編程。我們已經用它們各自的例子討論了協程和任務。我們還討論了在 Python 中管理事件循環和用流讀寫數據。它還包括必要的方法。