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Python 中的異步編程：Asyncio

發(fā)布時(shí)間：2017-05-08 23:47  回復(fù):0  查看:2969   最后回復(fù)：2017-05-08 23:47  
本文和大家分享的主要是python 中的 異步編程Asyncio相關(guān)內(nèi)容，一起來看看吧，希望對大家 學(xué)習(xí)python有所幫助。
　　 異步是怎么一回事?
　　在傳統(tǒng)的順序編程中，  所有發(fā)送給解釋器的指令會一條條被執(zhí)行。此類代碼的輸出容易顯現(xiàn)和預(yù)測。  但是…
　　譬如說你有一個(gè)腳本向3 個(gè)不同服務(wù)器請求數(shù)據(jù)。 有時(shí)，誰知什么原因，發(fā)送給其中一個(gè)服務(wù)器的請求可能意外地執(zhí)行了很長時(shí)間。想象一下從第二個(gè)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)用了 10 秒鐘。在你等待的時(shí)候，整個(gè)腳本實(shí)際上什么也沒干。如果你可以寫一個(gè)腳本可以不去等待第二個(gè)請求而是僅僅跳過它，然后開始執(zhí)行第三個(gè)請求，然后回到第二個(gè)請求，執(zhí)行之前離開的位置會怎么樣呢。就是這樣。你通過切換任務(wù)最小化了空轉(zhuǎn)時(shí)間。盡管如此，當(dāng)你需要一個(gè)幾乎沒有 I/O 的簡單腳本時(shí)，你不想用異步代碼。
　　還有一件重要的事情要提，所有代碼在一個(gè)線程中運(yùn)行。所以如果你想讓程序的一部分在后臺執(zhí)行同時(shí)干一些其他事情，那是不可能的。
　　 準(zhǔn)備開始
　　這是 asyncio  主概念最基本的定義 :
　　· 協(xié)程 —  消費(fèi)數(shù)據(jù)的生成器，但是不生成數(shù)據(jù)。 Python 2.5  介紹了一種新的語法讓發(fā)送數(shù)據(jù)到生成器成為可能。
　　· 任務(wù) —  協(xié)程調(diào)度器。如果你觀察下面的代碼，你會發(fā)現(xiàn)它只是讓  event_loop  盡快調(diào)用它的 _step  ，同時(shí) _step  只是調(diào)用協(xié)程的下一步。
　　class Task(futures.Future):
　　def __init__(self, coro, loop=None):
　　super().__init__(loop=loop)
　　...
　　self._loop.call_soon(self._step)
　　def _step(self):
　　...
　　try:
　　...
　　result = next(self._coro)
　　except StopIteration as exc:
　　self.set_result(exc.value)
　　except BaseException as exc:
　　self.set_exception(exc)
　　raise
　　else:
　　...
　　self._loop.call_soon(self._step)
　　· 事件循環(huán) —  把它想成  asyncio  的中心執(zhí)行器。
　　現(xiàn)在我們看一下所有這些如何融為一體。正如我之前提到的，異步代碼在一個(gè)線程中運(yùn)行。
Python 中的異步編程：Asyncio
     從上圖可知：
　?。保⒀h(huán)是在線程中執(zhí)行
　　２．從隊(duì)列中取得任務(wù)
　?。常總€(gè)任務(wù)在協(xié)程中執(zhí)行下一步動作
　?。矗绻谝粋€(gè)協(xié)程中調(diào)用另一個(gè)協(xié)程（await ），會觸發(fā)上下文切換，掛起當(dāng)前協(xié)程，并保存現(xiàn)場環(huán)境（變量，狀態(tài)），然后載入被調(diào)用協(xié)程
　?。担绻麉f(xié)程的執(zhí)行到阻塞部分（阻塞I/O ， Sleep ），當(dāng)前協(xié)程會掛起，并將控制權(quán)返回到線程的消息循環(huán)中，然后消息循環(huán)繼續(xù)從隊(duì)列中執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)．．．以此類推
　　6. 隊(duì)列中的所有任務(wù)執(zhí)行完畢后，消息循環(huán)返回第一個(gè)任務(wù)
　　 異步和同步的代碼對比
　　現(xiàn)在我們實(shí)際驗(yàn)證異步模式的切實(shí)有效，我會比較兩段 python  腳本，這兩個(gè)腳本除了  sleep  方法外，其余部分完全相同。在第一個(gè)腳本里，我會用標(biāo)準(zhǔn)的  time.sleep  方法，在第二個(gè)腳本里使用  asyncio.sleep  的異步方法。
　　這里使用 Sleep  是因?yàn)樗且粋€(gè)用來展示異步方法如何操作  I/O  的最簡單辦法。
　　使用同步 sleep  方法的代碼：
　　import asyncio  import time  from datetime import datetime
　　async def custom_sleep():
　　print('SLEEP', datetime.now())
　　time.sleep(1)
　　async def factorial(name, number):
　　f = 1
　　for i in range(2, number+1):
　　print('Task {}: Compute factorial({})'.format(name, i))
　　await custom_sleep()
　　f *= i
　　print('Task {}: factorial({}) is {}\n'.format(name, number, f))
　　start = time.time()
　　loop = asyncio.get_event_loop()
　　tasks = [
　　asyncio.ensure_future(factorial("A", 3)),
　　asyncio.ensure_future(factorial("B", 4)),
　　]
　　loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
　　loop.close()
　　end = time.time()
　　print("Total time: {}".format(end - start))
　　腳本輸出：
　　Task A: Compute factorial(2)  SLEEP 2017-04-06 13:39:56.207479  Task A: Compute factorial(3)  SLEEP 2017-04-06 13:39:57.210128  Task A: factorial(3) is 6
　　Task B: Compute factorial(2)  SLEEP 2017-04-06 13:39:58.210778  Task B: Compute factorial(3)  SLEEP 2017-04-06 13:39:59.212510  Task B: Compute factorial(4)  SLEEP 2017-04-06 13:40:00.217308  Task B: factorial(4) is 24
　　Total time: 5.016386032104492
　　使用異步 Sleep   的代碼：
　　import asyncio  import time  from datetime import datetime
　　async def custom_sleep():
　　print('SLEEP {}\n'.format(datetime.now()))
　　await asyncio.sleep(1)
　　async def factorial(name, number):
　　f = 1
　　for i in range(2, number+1):
　　print('Task {}: Compute factorial({})'.format(name, i))
　　await custom_sleep()
　　f *= i
　　print('Task {}: factorial({}) is {}\n'.format(name, number, f))
　　start = time.time()
　　loop = asyncio.get_event_loop()
　　tasks = [
　　asyncio.ensure_future(factorial("A", 3)),
　　asyncio.ensure_future(factorial("B", 4)),
　　]
　　loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
　　loop.close()
　　end = time.time()
　　print("Total time: {}".format(end - start))
　　腳本輸出：
　　Task A: Compute factorial(2)  SLEEP 2017-04-06 13:44:40.648665
　　Task B: Compute factorial(2)  SLEEP 2017-04-06 13:44:40.648859
　　Task A: Compute factorial(3)  SLEEP 2017-04-06 13:44:41.649564
　　Task B: Compute factorial(3)  SLEEP 2017-04-06 13:44:41.649943
　　Task A: factorial(3) is 6
　　Task B: Compute factorial(4)  SLEEP 2017-04-06 13:44:42.651755
　　Task B: factorial(4) is 24
　　Total time: 3.008226156234741
　　從輸出可以看到，異步模式的代碼執(zhí)行速度快了大概兩秒。當(dāng)使用異步模式的時(shí)候（每次調(diào)用  await asyncio.sleep(1)  ），進(jìn)程控制權(quán)會返回到主程序的消息循環(huán)里，并開始運(yùn)行隊(duì)列的其他任務(wù)（任務(wù)Ａ或者任務(wù)Ｂ）。
　　當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的 sleep 方法時(shí)，當(dāng)前線程會掛起等待。什么也不會做。實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)的  sleep  過程中，當(dāng)前線程也會返回一個(gè)  python 的解釋器，可以操作現(xiàn)有的其他線程，但這是另一個(gè)話題了。
　　 推薦使用異步模式編程的幾個(gè)理由
　　很多公司的產(chǎn)品都廣泛的使用了異步模式，如 Facebook  旗下著名的  React Native  和  RocksDB  。像  Twitter 每天可以承載  50  億的用戶訪問，靠的也是異步模式編程。所以說 , 通過代碼重構(gòu)，或者改變模式方法，就能讓系統(tǒng)工作的更快，為什么不去試一下呢？

來源： 開源中國

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