python中async/await异步功能是什么，有什么用？

async/await异步

异步代码的作用是，在程序需要等待操作时（例如读写文件，网络请求等），可以不阻塞程序的执行。这样做可以提升程序的性能以及响应速度。

在python中，这种异步通过“协程”实现，这是一种特殊的函数，可以在执行过程中暂停，并且在需要时恢复，通过关键字async/await定义。

时至今日，仍然有很多python使用者对于该功能不是很了解，下面就将介绍一下，如何使用。

使用方法

定义异步函数

import asyncio

async def async_function():
    print("程序开始运行")
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟等待2秒
    print("程序运行结束")
    return "已完成"

调用异步函数

注意，直接调用异步函数是不可行的，这样并不会执行函数。

# 如果按照普通的函数调用，来调用一个异步函数
# 那么返回的结果是一个协程对象，真正的代码不会被执行
async_function()

如果需要调用异步函数，可以使用asyncio.run()

import asyncio

async def main():
    result = await async_function()
    print("异步程序运行结果：", result)

asyncio.run(main())

注意：asyncio.run()需要python3.7的版本，在更早之前通常使用asyncio.get_event_loop()

并发执行

使用asyncio.gather()可以并发执行多个协程。

import asyncio

async def main():
    tasks = [async_function() for i in range(3)]
    result = await asyncio.gather(*tasks)
    print(result)
    
asyncio.run(main())

从这里可以看出，每个程序需要用时2秒，如果阻塞程序依次执行，那么需要用时6秒才能完成。但是，在并发执行的情况下，几乎2秒就可以完成。

异步生成器

异步生成器允许在异步中使用生成器。

import asyncio

async def async_num():
    for i in range(5):
        await asyncio.sleep(2)
        yield i

async def main():
    async for number in async_num():
        print(number)

asyncio.run(main())

同时，异步生成表达式允许在生成器表达式中使用async

async def main():
    async_generator = (i async for i in async_num())
    async for i in async_generator:
        print(i)

同步函数放入独立线程(3.9)

使用asyncio.to_thread()可以将同步函数放入到独立线程之中，避免堵塞

import time
import asyncio

def sync_function(sleep_time, some_data):
    time.sleep(sleep_time)
    return some_data
    
    
async def main():
    result = await asyncio.to_thread(sync_function, 2, "blablablabla")
    print(result)
  
asyncio.run(main())

注意：该方法不能在python3.8中使用，必须在3.9以后版本使用。在更早之前通常需要使用loop.run_in_executor()

回调函数

熟悉异步模型的通常会了解到，异步模型通常是通过回调函数实现的，当一个异步函数执行结束以后，可以选择去执行某个回调函数，例如javascript中的Promise。

实际上，采用了async和await以后，自己绑定回调函数往往是不需要的，但是，很明显，asyncio的机制中是支持回调函数的。

import asyncio


def callback(future):
    print("运行结果为：", future.result())

async def async_function():
    print("程序开始运行")
    await asyncio.sleep(2)
    print("程序运行结束")
    return "已完成"


async def main():
    task = asyncio.create_task(async_function())
    task.add_done_callback(callback)
    await task
    
    
asyncio.run(main())

实际上，之前已经介绍过了，无需使用回调函数，使用await，就可以完成相同的效果：

import asyncio

async def async_function():
    print("程序开始运行")
    await asyncio.sleep(2)
    print("程序运行结束")
    return "已完成"


async def main():
    result = await async_function()
    print("运行结果为：", result)    
    
asyncio.run(main())

在更早期的版本中（python3.4）是没有async以及await，当时需要通过@asyncio.coroutine装饰器定义异步函数，但是该方法于python3.8已废弃，因此不再进行额外介绍。

异步网络请求

传统的requests库是一个同步的网络库，并不适合用于发送异步请求，如果要发送异步请求，最好需要使用aiohttp。

import asyncio
import aiohttp

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

async def main():
    urls = ['https://httpbin.org/get'] * 10  # 模拟多个请求
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        tasks = [fetch(session, url) for url in urls]
        results = await asyncio.gather(*tasks)
        print(len(results))
        print(results[0])

        
if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())