Python3异步IO编程中协程的介绍和使用

因为Python有GIL全局线程锁，所以在Python中对于IO密集型任务可采用多并发的异步实现方式。Python 3 中的协程是异步编程的一种形式，它允许在代码中创建可暂停的函数，以便其他任务可以运行，而不会阻塞程序的执行。关键字async和await 是 Python 3.5 之后引入的语法，用于编写协程。

async def 用于定义协程函数；await可以获取到可等待对象的返回值，当事件循环遇到await后会调度其他任务。

可等待对象包括：

1. 协程对象：协程函数生成的对象；
2. Task对象：通过asyncio.create_task(coroutine)（3.7开始有）创建，用于将任务添加到事件轮询（循环）中。
3. Future对象。

在Python 3.7以前，使用协程的方式如下：

import asyncio

# 定义协程函数
async def work_proc(n):
    for i in range(5):
        print(f"我是协程任务{n}，运行到第{i}步.")
        await asyncio.sleep(1)  # sleep参数单位为秒

work_obj = work_proc(1)  # 得到协程对象，此时没有调度执行。协程函数不能直接调用

# 将协程函数转为协程对象，并放到列表中
tasks = [work_proc(1), work_proc(2)]
# 使用asyncio创建事件循环对象，用于并发调度多个协程任务
loop = asyncio.get_event_loop()
# 使用事件循环对象调度多个协程任务，列表中的多个协程任务并发异步执行
loop.run_until_complete(tasks)

Python 3.7及以上版本使用协程的方法：

import asyncio

# 定义协程函数
async def work_ret(n):
    print(f"我是协程任务{n}，开始执行...")
    await asyncio.sleep(n)
    print(f"我是协程任务{n}，执行完毕.")
    return f"这是我的{n}协程任务"

# 协程异步主函数
async def main_async():
    print('协程任务准备调度...')
    task1 = asyncio.create_task(work_ret(5))
    task2 = asyncio.create_task(work_ret(2))

    # 任务单独提交方式
    res1 = await task1  # 继续调用后面的await代码
    print('协程任务1已经提交执行...')  # 此句会被阻塞，等待上句执行完毕立即执行，不受下个await影响
    res2 = await task2  # 不受上一个await阻塞，上一个await提交后，立即提交该任务
    print('协程任务2已经提交执行...')  # 此句会被阻塞，等待上面2个await执行完毕执行
    print(f"协程任务{1}完成，返回结果{res1}")
    print(f"协程任务{2}完成，返回结果{res2}")

asyncio.run(main_async())

多任务并发的情况下，可采用创建任务循环列表的使用如下：

async def main_async():
    tasks = [asyncio.create_task(work_ret(n)) for n in range(9)]
    # 1.wait方式并发调度，获取到的返回值是乱序的
    done, pending = await asyncio.wait(tasks)  # tasks列表中所有任务并发，此处阻塞，done为任务的返回值，pending为状态
    for item in done:
        res = item.result()  # res为每个任务的返回值
        print(res)
    # 2.gather方式并发调度，可收集所有任务的返回值，且返回值是有顺序的，对应任务列表的顺序
    res = await asyncio.gather(*tasks)  # tasks列表中所有任务并发，此处阻塞，res为返回结果组成的列表
    print(res)

asyncio.run(main_async())