终面压轴:如何用`asyncio`解决高并发下`requests`阻塞问题?

场景设定:终面压轴问题

在终面的最后5分钟,面试官突然抛出了一个技术深度的问题,直接考验候选人的异步编程能力和对高并发场景的理解。


角色扮演:面试官提问

面试官: 小兰,我们今天的终面接近尾声了。我最后想问一个稍微复杂一点的问题。假设你在开发一个需要频繁调用API的应用,使用传统的requests库时发现高并发场景下性能不佳,出现了明显的阻塞问题。现在,我想让你用asyncio来解决这个问题,并设计一个完整的解决方案。同时,你还需要对比aiohttprequests的性能差异,并给出一些优化建议。时间有限,你可以快速组织一下思路。


角色扮演:小兰的回答

小兰: (皱眉思考了一会儿,然后露出自信的微笑)啊!这个问题太棒了!让我来掰扯一下……嗯……首先,requests库在高并发场景下会遇到阻塞问题,因为它本质上是同步的。每次requests.get()或者requests.post()的时候,程序都会停下来等待响应返回,这就导致了效率低下,尤其是当我们同时调用多个API时。

为了解决这个问题,我们可以用asyncio结合aiohttp来实现异步请求。aiohttp是专门为异步编程设计的HTTP客户端库,它可以很好地配合asyncio使用。相比之下,requests是同步的,每次只能处理一个请求,而aiohttp可以同时处理多个请求,大大提升了并发性能。


设计解决方案

1. 使用asyncioaiohttp实现异步请求

我们可以用asynciogather方法来并发执行多个异步请求。具体步骤如下:

  1. 导入aiohttp库。
  2. 定义一个异步函数,使用aiohttpClientSession发起异步请求。
  3. 使用asyncio.gather并发执行多个请求。
  4. 最后打印结果。
2. 对比aiohttprequests的性能

为了直观地看到性能差异,我们可以编写一个简单的测试脚本,分别用requestsaiohttp发起多次请求,并记录执行时间。


代码示例

1. 使用aiohttp的异步请求
import asyncio
import aiohttp

async def fetch_url(session, url):
    async with session.get(url) as response:
        return await response.text()

async def main():
    urls = [
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        # 可以添加更多URL
    ]

    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        tasks = [fetch_url(session, url) for url in urls]
        results = await asyncio.gather(*tasks)
        for result in results:
            print(result)

# 运行异步主函数
asyncio.run(main())
2. 使用requests的同步请求
import requests
import time

def fetch_url(url):
    return requests.get(url).text

def main():
    urls = [
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        "https://httpbin.org/get",
        # 可以添加更多URL
    ]

    start_time = time.time()
    results = [fetch_url(url) for url in urls]
    end_time = time.time()

    for result in results:
        print(result)

    print(f"Total time using requests: {end_time - start_time} seconds")

main()
3. 性能对比

通过运行上述代码,我们可以直观地看到:

  • requests会逐个发送请求,每次都要等待上一个请求完成,因此耗时较长。
  • aiohttp可以并发发送多个请求,显著缩短了总执行时间。

性能优化建议

  1. 使用连接池aiohttp支持连接池,可以通过ClientSessionconnector参数来控制连接数,避免频繁创建和销毁连接。

    async with aiohttp.ClientSession(connector=aiohttp.TCPConnector(limit=10)) as session:
        # 使用session发起请求
    
  2. 批量请求: 如果API支持批量请求,尽量合并多个请求为一个,减少网络开销。

  3. 缓存结果: 对于频繁访问的API,可以使用缓存机制(如aiocache)来减少重复请求。

  4. 监控和限流: 使用asyncioSemaphore来限制并发请求数,防止服务器压力过大。

    import asyncio
    from aiohttp import ClientSession
    from asyncio import Semaphore
    
    async def fetch_url(session, url, semaphore):
        async with semaphore:
            async with session.get(url) as response:
                return await response.text()
    
    async def main():
        urls = [
            "https://httpbin.org/get",
            "https://httpbin.org/get",
            "https://httpbin.org/get",
        ]
        semaphore = Semaphore(5)  # 限制并发请求数为5
        async with ClientSession() as session:
            tasks = [fetch_url(session, url, semaphore) for url in urls]
            results = await asyncio.gather(*tasks)
            for result in results:
                print(result)
    
    asyncio.run(main())
    

总结

通过使用asyncioaiohttp,我们可以轻松解决requests在高并发场景下的阻塞问题。aiohttp的异步特性使得它在处理大量并发请求时具有显著优势,尤其是在需要频繁调用API的应用中,性能提升非常明显。


面试官的反应

面试官: (点头微笑)小兰,你的回答非常全面!不仅给出了代码示例,还提出了性能优化的建议,这说明你对异步编程和高并发场景有比较深入的理解。不过,如果你能在实际项目中积累更多经验,相信会更有助于提升你的能力。

小兰: 谢谢您的鼓励!我也意识到自己还有很多需要学习的地方,回去一定多实践,争取下次能更完美地回答类似问题!

(面试官微笑点头,结束了这次终面)


正确解析

  1. requests的局限性

    • 同步阻塞:每次requests.get()都会阻塞主线程,直到响应返回。
    • 不适合高并发场景。
  2. aiohttp的优势

    • 异步非阻塞:支持多任务并发执行,适合高并发场景。
    • 连接池管理:减少连接创建和销毁的开销。
    • 整合asyncio生态:与asyncio无缝结合。
  3. 性能优化点

    • 限制并发请求数:避免服务器过载。
    • 使用连接池:复用连接,减少网络开销。
    • 批量请求:合并小请求为大请求,减少HTTP请求次数。
    • 缓存机制:避免重复请求相同数据。

通过上述优化,可以显著提升高并发场景下的性能和稳定性。

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