python asyncio学习记录

本文介绍了 Python 中的 asyncio 库,详细解释了 asyncdef 定义的协程对象、Task 对象、await 语句及 EventLoop 的作用。并通过实例演示了如何创建和运行协程,包括获取协程结果的不同方法以及在事件循环中注册普通函数。

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近日,集中时间学习了一下python中的asyncio库的使用。

1.async def 定义的函数称为协程对象,调用时不会立即执行,而返回一个协程对象,然后注册到事件循环,并由事件循环调用;

2.Task 对象(Future子类)对协程的进一步包装,保存协程运行的状态,用于获取协程的结果,代表未来执行任务的结果;

3.await 用于挂起阻塞的异步调用,用于挂起耗时的操作;

4.EventLoop 事件循环,将协程注册进来,并由其调度协程的执行。同时,也具有非协程的注册和调度执行的功能。

一、基本实例:

import asyncio

async def do_sth():
    pass
    await ...
    pass

#获取事件循环
loop = asyncio.get_event_loop()

#以下两种方式建立task
task = loop.create_task(do_sth())
task = asyncio.ensure_future(do_sth())

#注册并执行协程
loop.run_until_complete(task)

#也可以将coro直接传入以上loop的方法run_until_complete中,由loop自动建立task
#loop.run_until_complete(do_sth())
二、获取协程执行结果的方式

1.绑定回调函数法

#定义回调函数
def callback(future):
    return future.result()

task = asyncio.ensure_future(coroutine)

#绑定回调函数
task.add_done_callback(callback)
2.当task执行完调用task的result()方法获得执行结果:

task.result()
3.获取多个协程运行结果(在嵌套的协程内部)

results = await asyncio.gather(*tasks)
for result in results:
    print(result)
4.获取多个协程运行结果(在嵌套的协程外部)

#在外层的coroutine中直接返回结果
return await asyncio.gather(*tasks)

#在事件循环执行结束后,即返回所有协程的结果
results = loop.run_until_complete(coroutine)
三、循环事件中用于注册普通函数调用(非协程)
loop.call_soon(callback,*args) 
#尽快执行

loop.call_later(delay,callback,*args)
#延时执行

loop.call_at(when,callback,*args)
#指定时间执行(这里的时间是事件循环内部时钟的当前时间,与time.time()不同。)
参考内容:

1.python3文档

2.http://python.jobbole.com/87310/

<think>好的,我现在要解决用户的问题:“如何在Python中使用asyncio创建和管理任务池”。首先,我需要理解用户的需求。用户可能已经知道asyncio的基本概念,但想进一步了解如何有效地管理多个异步任务,比如任务池的实现,这可能涉及到并发控制、任务调度等。 接下来,我需要回顾asyncio的核心组件。asyncio的事件循环是基础,但任务池通常需要更高级的管理。记得asyncio有Semaphore和Queue等工具,可以用来控制并发数量。此外,Python 3.11引入了TaskGroup,这可能是一个更简洁的方式,但用户可能还在使用旧版本,所以需要同时介绍传统方法。 然后,我需要考虑用户可能的场景。比如,他们可能在进行网络请求,如爬虫,或者处理大量IO密集型任务。这时候任务池可以帮助限制同时发起的请求数,避免资源耗尽。同时,用户可能关心如何收集任务结果,处理异常,以及如何优雅地关闭任务池。 接下来,我需要查阅相关的资料。比如,用户提供的引用中提到使用aiohttp和aiomultiprocess库,可能涉及到多进程与异步的结合。但用户的问题主要集中在任务池,所以可能需要重点讲解asyncio本身的机制,比如使用asyncio.Queue来管理任务队列,或者使用第三方库如aiomultiprocess。 然后,我需要组织回答的结构。首先介绍基本概念,然后分步骤讲解如何手动实现任务池,使用Semaphore控制并发,使用Queue分发任务。接着,可以介绍更高级的方法,比如使用TaskGroup或者第三方库。同时,需要提供代码示例,让用户能够直观地理解实现方式。 在代码示例部分,要注意正确性。比如,在传统方法中使用asyncio.create_task来生成任务,同时利用Semaphore来限制并发数。同时,需要处理任务的完成和释放信号量。可能还需要展示如何收集任务的结果,比如通过将结果放入队列中。 另外,需要考虑异常处理。在异步任务中,异常如果不被捕获可能会导致程序崩溃,所以示例代码中应该包含try...except块来捕获异常,并记录错误信息。 对于现代方法,比如Python 3.11的TaskGroup,需要说明版本要求,并展示如何用更简洁的语法来管理任务池。同时,可以提到第三方库如aiomultiprocess,但可能不需要深入,除非用户明确问到。 最后,需要生成相关问题,帮助用户进一步学习。比如,如何限制并发数,处理异常,或者性能优化方法。这些问题应该与任务池管理相关,并引导用户深入探索。 现在,检查是否有遗漏点。比如,任务池的动态扩展、任务优先级、超时处理等,但用户的问题可能更关注基础实现,所以这些高级主题可以作为相关问题提出,而不是详细讲解。 总结,回答的结构应该是:先介绍asyncio的任务管理基础,然后分步骤展示手动实现任务池的方法,包括并发控制和任务队列,接着介绍现代方法和第三方库,最后提供示例代码和相关问题。确保代码符合用户的要求,使用正确的LaTeX格式,并引用提供的参考资料中的相关内容。</think>### Pythonasyncio任务池的实现与管理 #### 核心概念与实现步骤 1. **异步任务池的本质** 任务池通过限制并发协程数量实现资源管理,常用于控制网络请求、文件操作等IO密集型任务。asyncio通过$Semaphore$和$Queue$等机制实现并发控制[^3]。 2. **基础实现方法** - **手动任务池** 使用$asyncio.Queue$存储任务,配合$Semaphore$控制并发量: ```python async def worker(semaphore, queue): while True: async with semaphore: task = await queue.get() await process_task(task) queue.task_done() ``` - **动态任务生成** 通过$asyncio.create_task()$动态生成任务,利用集合跟踪活动任务: ```python active_tasks = set() for _ in range(concurrency_limit): task = asyncio.create_task(worker()) active_tasks.add(task) task.add_done_callback(active_tasks.discard) ``` 3. **现代实现方案(Python 3.11+)** 使用$asyncio.TaskGroup$简化任务管理: ```python async with asyncio.TaskGroup() as tg: for _ in range(100): tg.create_task(process_item()) ``` #### 完整代码示例 ```python import asyncio async def task_processor(task_id, semaphore): async with semaphore: # 信号量控制并发 print(f"Start processing {task_id}") await asyncio.sleep(1) print(f"Finished {task_id}") return task_id ** 2 async def main(): semaphore = asyncio.Semaphore(5) # 最大并发5 tasks = [asyncio.create_task(task_processor(i, semaphore)) for i in range(20)] results = await asyncio.gather(*tasks) print(f"Results: {results}") asyncio.run(main()) ``` #### 数学表达与性能分析 对于任务池的性能评估,可以使用排队论模型。设任务到达速率为$\lambda$,服务速率为$\mu$,则系统利用率$\rho = \lambda/\mu$。当$\rho < 1$时,平均等待时间为: $$ W = \frac{\rho}{\mu(1-\rho)} $$ 该公式说明合理设置并发数能有效降低等待时间[^4]。 #### 高级管理技巧 1. **异常处理** 通过包装任务函数捕获异常: ```python async def safe_task(task_func): try: return await task_func except Exception as e: print(f"Task failed: {e}") return None ``` 2. **动态负载均衡** 使用优先级队列实现任务调度: ```python from heapq import heappush, heappop priority_queue = [] async def priority_worker(): while queue: priority, task = heappop(priority_queue) await process_task(task) ``` 3. **第三方库方案** aiomultiprocess库实现多进程任务池: ```python from aiomultiprocess import Pool async with Pool() as pool: results = await pool.map(process_data, data_chunks) ```
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