Python 异步编程——使用 asyncio 处理并发任务

最新推荐文章于 2025-02-26 14:41:32 发布

HYP_Coder

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分类专栏： python教学专栏文章标签： python 开发语言

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Python 异步编程——使用 `asyncio` 处理并发任务

Python 异步编程——使用 asyncio 处理并发任务

5. 使用 asyncio 处理 I/O 操作

5.1 异步文件读写

6. 总结

1. 异步编程概述

异步编程是一种处理并发任务的编程方式，它允许程序在等待某些操作完成时继续执行其他任务。与传统的同步编程不同，异步编程能够提高程序的效率，特别是在处理 I/O 操作（如网络请求、文件读写）时。

2. 什么是 `asyncio`？

asyncio 是 Python 的一个标准库模块，用于编写并发代码。它提供了事件循环机制、协程（coroutines）和任务（tasks）的支持，使得异步编程变得简单和高效。

2.1 事件循环

事件循环是异步编程的核心，它负责调度和管理异步任务。事件循环会不断检查是否有任务完成或准备好执行，并依次执行这些任务。

2.2 协程

协程是一种特殊类型的函数，能够在执行过程中暂停和恢复。使用 async 关键字定义协程函数，协程函数返回一个 coroutine 对象，而不是直接执行。

示例：

python

import asyncio

async def say_hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")

在这个示例中，say_hello 是一个协程函数，它首先打印 "Hello"，然后暂停 1 秒，最后打印 "World"。

3. 编写和运行异步任务

3.1 创建异步任务

使用 asyncio.create_task 函数可以将协程函数封装成任务（tasks），并提交给事件循环执行。

示例：

python

import asyncio

async def say_hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")

async def main():
    # 创建并运行异步任务
    task = asyncio.create_task(say_hello())
    await task

# 运行事件循环
asyncio.run(main())

python

在这个示例中，main 函数创建了一个异步任务 task，并等待它完成。asyncio.run(main()) 用于运行事件循环并执行 main 协程。

3.2 并发执行多个任务

使用 asyncio.gather 可以并发执行多个异步任务，并等待它们全部完成。

示例：

python

import asyncio

async def task(name, delay):
    print(f"Task {name} started")
    await asyncio.sleep(delay)
    print(f"Task {name} finished")

async def main():
    # 并发执行多个任务
    await asyncio.gather(
        task("A", 2),
        task("B", 1),
        task("C", 3)
    )

# 运行事件循环
asyncio.run(main())

python

在这个示例中，asyncio.gather 并发执行三个任务，每个任务都有不同的延迟时间。所有任务完成后，main 协程才会结束。

4. 异常处理

在异步编程中，异常处理与同步编程类似，但需要在协程中捕获异常。

示例：

python

import asyncio

async def may_fail():
    await asyncio.sleep(1)
    raise ValueError("An error occurred")

async def main():
    try:
        await may_fail()
    except ValueError as e:
        print(f"Caught an exception: {e}")

# 运行事件循环
asyncio.run(main())

python

在这个示例中，may_fail 协程会抛出一个 ValueError 异常，main 协程捕获并处理这个异常。

5. 使用 `asyncio` 处理 I/O 操作

异步编程在处理 I/O 操作时尤其有用。可以使用异步 I/O 操作来提高程序的性能。

5.1 异步文件读写

示例：

python

import aiofiles
import asyncio

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

async def main():
    await read_file('example.txt')

# 运行事件循环
asyncio.run(main())

python

在这个示例中，使用 aiofiles 库进行异步文件读写操作。async with 和 await 关键字使得文件操作变得异步。

安装 aiofiles：

bash

pip install aiofiles

6. 总结

在这篇文章中，我们介绍了 Python 的异步编程基础，包括 asyncio 模块的使用、协程的定义和执行、异步任务的管理、异常处理以及异步 I/O 操作。掌握异步编程能够显著提高程序的效率，特别是在处理 I/O 密集型任务时。接下来，我们将探讨 Python 的网络编程，了解如何使用 Python 进行网络通信和数据交换。敬请期待下一篇文章！