理解async/await

基本概念

• 同步代码：在同步代码中，每个操作都按顺序执行，下一个操作必须等待前一个操作完成。这可能会导致阻塞，尤其是在进行I/O操作（如文件读写、网络请求等）时。
• 异步代码：异步代码允许在等待某些操作完成时继续执行其他操作，而不阻塞整个程序。这在处理I/O密集型任务时特别有用，可以提高程序的效率和响应速度。

async 和 await

• async 关键字：

• • 用于定义一个协同程序（coroutine）。
  • 协同程序是一种可以在执行过程中暂停并让出控制权的函数，允许其他协同程序运行。
  • 在定义函数时，使用 async def 来标记这个函数是异步的。

• await 关键字：

• • 用于在协同程序中等待另一个协同程序的完成。
  • 当执行到 await 时，如果结果尚未准备好，协同程序会暂停并让出控制权给事件循环，直到结果准备好再继续执行。
  • 只能在 async 定义的协同程序中使用。

作用与示例

作用

1. 提高效率：异步编程允许在等待I/O操作完成时继续执行其他任务，避免阻塞，提高效率。
2. 增强响应性：在网络请求或文件操作等耗时操作中，异步编程可以保持应用程序的响应性。
3. 资源优化：通过非阻塞I/O操作，可以更好地利用系统资源。

示例

import asyncio

# 定义一个异步函数
async def fetch_data():
    print("开始获取数据...")
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟一个耗时操作
    print("数据获取完成")
    return "数据内容"

# 定义另一个异步函数来使用 fetch_data
async def main():
    print("启动主程序")
    result = await fetch_data()  # 等待 fetch_data 完成
    print(f"结果: {result}")

# 运行异步程序
asyncio.run(main())


启动主程序
开始获取数据...
数据获取完成
结果: 数据内容

执行步骤

• asyncio.run(main())：启动主程序。
  • 输出：启动主程序
• 进入 main 协同程序：
  • result = await fetch_data()：调用 fetch_data 并等待其完成。
• 进入 fetch_data 协同程序：
  • 输出：开始获取数据...
  • await asyncio.sleep(2)：程序暂停2秒钟，让出控制权给事件循环。
• 2秒钟后，fetch_data 恢复执行：
  • 输出：数据获取完成
  • 返回值："数据内容"
• main 恢复执行：
  • result = await fetch_data() 获取返回值 "数据内容"
  • 输出：结果: 数据内容

解释

• async def：定义异步函数。
• await：在异步函数中等待另一个异步操作完成。
• asyncio.sleep(2)：模拟一个耗时操作（暂停2秒），期间不会阻塞整个程序。
• asyncio.run(main())：启动并运行 main 协同程序，直到其完成。

在这个示例中：

• fetch_data 是一个异步函数，用 async def 定义。它在模拟一个耗时操作（例如网络请求）时使用 await asyncio.sleep(2) 暂停执行2秒钟。
• main 是另一个异步函数，它调用 fetch_data 并使用 await 等待 fetch_data 的结果。
• asyncio.run(main()) 用于运行主程序。

背后的机制

• 事件循环：异步编程的核心是事件循环（event loop）。事件循环是一个程序结构，用于循环地检查并处理事件或任务。当一个任务被挂起时，事件循环会切换到另一个任务继续执行。
• 任务（Tasks）：任务是协同程序的具体执行实例，表示一个协同程序的执行过程。
• Future和Promise：这两个概念在异步编程中也很常见，表示一个将来会完成的操作结果。

总结

• async 用于定义一个协同程序，使得函数变为异步函数。
• await 用于等待协同程序完成，如果结果未准备好会让出控制权给事件循环。
• 异步编程通过非阻塞的I/O操作，提高程序的效率和响应性，特别适用于I/O密集型任务。