终面倒计时5分钟：技术总监追问`asyncio`如何避免上下文切换死锁

Python asyncio避免上下文切换死锁方法

原创于 2025-05-09 11:30:01 发布 · 825 阅读

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#Python # asyncio # threading # deadlocks # context-switching # interview

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面试场景：终面最后5分钟

技术总监（面带微笑，但语气略显严肃）：小兰，最后5分钟了，我有个问题想考考你。在asyncio中，如何避免上下文切换导致的死锁，同时确保任务的合理调度？你有5分钟时间，好好分析一下。

小兰的回答

小兰（稍微愣了一下，但迅速调整心态，开始作答）：

嗯……这个问题有点意思！让我从头梳理一下。

首先，asyncio的核心是事件循环（Event Loop），它负责调度协程的任务执行。协程之间通过await进行协作，而事件循环会根据优先级和任务的就绪状态来安排执行顺序。不过，上下文切换确实可能存在死锁风险，特别是在多个协程竞争资源或陷入阻塞时。

1. 上下文切换死锁的常见原因

上下文切换导致死锁通常发生在以下场景：

资源竞争：多个协程同时试图获取同一个锁（Lock或Semaphore），但调度顺序不当，导致某个协程永远无法获取锁。
阻塞式I/O操作：协程中执行了阻塞式的I/O操作（如time.sleep()或阻塞的网络请求），而不是使用asyncio提供的非阻塞API，这会阻塞事件循环。
递归调用或不当的同步代码：如果在asyncio任务中嵌套同步代码，尤其是递归调用，可能会导致死锁。

2. 避免死锁的解决方案

(1) 使用`asyncio.Lock`和`asyncio.Semaphore`

asyncio提供了Lock和Semaphore等同步原语，用于在协程之间协调资源访问。但使用时需要注意以下几点：

合理释放锁：确保锁在使用完毕后被释放，避免资源长期占用。例如：

async def safe_task(lock):
    async with lock:
        # 做一些需要同步的操作
        await asyncio.sleep(1)

避免死锁：在多个锁的嵌套使用中，确保锁的获取顺序一致，避免协程A获取了锁1后，又试图获取锁2，而协程B已经获取了锁2，试图获取锁1。

(2) 避免阻塞式I/O操作

在asyncio中，尽量使用非阻塞的I/O操作。例如：

网络请求：使用aiohttp或asyncio.open_connection，而不是requests。
文件读写：使用asyncio.to_thread或asyncio.create_task包装阻塞的文件操作。
阻塞式sleep：使用asyncio.sleep而非time.sleep，因为time.sleep会阻塞事件循环。

(3) 合理调度任务

优先级调度：使用asyncio.create_task时，可以为任务设置优先级，确保关键任务优先执行。

任务超时：为长时间运行的任务设置超时机制，避免因任务挂起导致死锁。例如：

async def timeout_task():
    try:
        await asyncio.wait_for(some_task(), timeout=5)
    except asyncio.TimeoutError:
        print("任务超时")

(4) 避免递归调用和同步代码

在asyncio任务中尽量避免使用递归调用或同步代码，因为这些可能会阻塞事件循环。如果必须使用同步代码，可以将其包装到asyncio.to_thread中，让其在单独的线程中运行。

3. 示例代码

以下是一个避免死锁的完整示例：

import asyncio

# 定义一个共享资源
resource = 0
lock = asyncio.Lock()

async def task1():
    async with lock:
        print("Task 1 acquired lock")
        await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作
        global resource
        resource += 1
        print("Task 1 release lock")

async def task2():
    async with lock:
        print("Task 2 acquired lock")
        await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作
        global resource
        resource += 1
        print("Task 2 release lock")

async def main():
    # 创建任务
    task_a = asyncio.create_task(task1())
    task_b = asyncio.create_task(task2())

    # 等待任务完成
    await task_a
    await task_b

# 运行事件循环
asyncio.run(main())