python中的异步编程:asyncio 和aiohttp 的结合使用(aiohttp-requests、aiofiles)

本文介绍使用asyncio和aiohttp进行高效异步网络请求的方法,对比requests库,展示如何利用aiohttp-requests简化代码,同时提及aiofiles在处理文件I/O方面的优势。

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 asyncio

asyncio 是用来编写 并发 代码的库,使用 async/await 语法。

asyncio 被用作多个提供高性能 Python 异步框架的基础,包括网络和网站服务,数据库连接库,分布式任务队列等等。

asyncio 往往是构建 IO 密集型和高层级 结构化 网络代码的最佳选择。

aiohttp

aiohttp是一个为Python提供异步HTTP 客户端/服务端编程,基于asyncio(Python用于支持异步编程的标准库)的异步库。在爬虫时提供异步网络请求,而常用到的requests库是同步库,不能在异步的环境中使用。

结合asynio和aiohttp的一个基本使用:

import asyncio
import time

import aiohttp
async def get_info(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get(url,timeout=5) as resp:
            if resp.status == 200:
                print('good')
            else:
                print('no')

            r = await resp.text()

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    tasks = []
    for i in range(100):
        tasks.append(asyncio.ensure_future(get_info('https://www.baidu.com')))
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
    print('耗时',time.time()-start)

aiohttp-requests

这个库时对aiohttp库的网络请求模块的封装,用了这个库,在异步网络请求的时候,可以在写法上更简洁易懂。本质上还是aiohttp库的使用。推荐使用这个库来做网络请求。

 

结合asynio和aiohttp-requests 的一个基本使用(和上面的代码效果是一样的):

import asyncio
import time
from aiohttp_requests import requests

async def get_info(url):
    resp = await  requests.get(url)
    if resp.status == 200:  # 注意这里是status,不是status_code
        print('good')
    else:
        print('no')
    r = await resp.text()

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    tasks = []
    for i in range(10):
        tasks.append(asyncio.ensure_future(get_info('https://www.baidu.com')))
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
    print('耗时',time.time()-start)

 

aiofiles

aiofiles是一个用Python编写,用于处理asyncio应用程序中的本地磁盘文件。爬虫过程中用它来进行文件的异步操作。

官方文档中的基本用法如下:

async with aiofiles.open('filename', mode='r') as f:
    contents = await f.read()
print(contents)
'My file contents'

或者:

async with aiofiles.open('filename') as f:
    async for line in f:
        ...

 

 

<think>首先,用户的问题是:“我想理解Python异步编程的概念原理 请问Python 异步编程概念实现原理”。我需要基于系统指令用户可见层的要求来回答。 系统指令: - 所有行内数学表达式用 `$...$` 格式。 - 独立公式用 `$$...$$` 格式并单独成段。 - LaTeX 语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,如 [^1]。 用户可见层: - 回答结构清晰,逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠。 参考的站内引用: - [^1]: 异步编程的核心思想是通过事件驱动的方式... - [^2]: 值得注意的是,Python的原生实现... - [^3]: 首先,在if __name__==“__main__”中定义了asyncio.get_event_loop()... - [^4]: 【转载】深入理解Python异步编程()... - [^5]: ·看着孩子是另一个异步的任务... 这些引用是关于Python异步编程的,所以我需要在回答中自然地引用它们。 回答结构: 1. **介绍概念**:解释什么是异步编程。 2. **核心原理**:描述Python异步编程的实现原理。 3. **关键组件**:讨论asyncio库、async/await语法等。 4. **实现示例**:提供代码示例来演示。 5. **总结**:简要回顾。 6. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 使用中文回答。 数学表达式:由于主题是编程,可能没有太多数学,但如果有,如公式或算法,确保正确格式。例如,如果有时间复杂度的表示,用 `$O(n)$`。 生成相关问题:在回答末尾添加“相关问题”部分,如示例所示。 引用:在回答中自然地引用段落。例如,当解释事件驱动时,引用[^1]。 现在,构建回答大纲: 1. **引言:定义异步编程** - 解释异步编程的概念,引用[^1]。 - 为什么需要异步编程(提高效率,处理并发)。 2. **Python中的异步编程原理** - 事件循环机制:核心是事件循环,管理任务队列。引用[^3]。 - 协程async/await:使用协程实现非阻塞操作。引用[^4]。 - 异步库:如aiohttp, aiofiles。引用[^2]。 3. **关键组件** - asyncio库:Python的标准库。 - 事件循环:创建管理事件循环。 - 任务协程:定义调度异步任务。 4. **实现示例** - 提供一个简单的Python代码示例,使用asyncioasync/await。 - 解释代码步骤。 5. **优点挑战** - 优点:高效处理I/O密集型任务。 - 挑战:调试错误处理。 6. **总结** - 重申概念原理。 7. **相关问题** - 生成2-3个相关问题。 确保回答真实可靠:基于Python官方文档常见实践。 代码块:使用Markdown代码块格式,如示例中的Python代码。 引用添加:在每个引用的段落末尾添加[^n],例如: - "异步编程的核心思想是通过事件驱动的方式... [^1]" 现在,草拟回答。</think>### Python 异步编程概念实现原理 Python 异步编程是一种编程范式,旨在高效处理 I/O 密集型任务(如网络请求或文件操作),避免传统同步代码中的阻塞问题。其核心思想是通过事件驱动的方式,将任务的执行与数据处理分开,从而允许程序在等待 I/O 操作(如数据库查询或网络响应)时继续执行其他任务,显著提升并发性能[^1]。在 Python 中,异步编程主要通过 `asyncio` 库 `async/await` 语法实现,使开发者能编写非阻塞代码,而不依赖多线程或多进程的复杂性。下面,我将逐步解释概念原理,确保结构清晰、真实可靠。 #### 1. **异步编程的核心概念** 异步编程的核心是“非阻塞”执行:当一个任务等待外部资源时,程序不会卡住,而是切换到其他任务。这与同步编程(每个任务必须顺序完成)形成对比。例如,在 Web 服务器中,异步处理允许同时处理多个客户端请求,而不需要为每个请求创建新线程。关键概念包括: - **协程 (Coroutines)**:异步函数,使用 `async def` 定义,能在执行中暂停恢复。协程不是线程,而是轻量级任务,通过 `await` 关键字让出控制权。 - **事件循环 (Event Loop)**:异步编程的引擎,负责调度协程任务。它不断轮询任务队列,当某个任务完成 I/O 操作时,恢复其执行。事件循环机制能够自动处理任务队列中的任务,使得程序能够以更高的效率处理并发请求[^1]。 - **异步任务 (Tasks)**:由事件循环管理的协程实例,多个任务可并发运行。 这种机制类似于生活中的多任务处理:例如,父母照顾孩子时,孩子是独立的异步任务;父母在等待孩子需求时,可以处理其他家务,直到孩子需要关注[^5]。 #### 2. **Python 异步编程的实现原理** Python 异步编程的底层原理基于事件循环协程模型,主要通过 `asyncio` 库实现。以下是关键原理的逐步解析: - **事件循环机制**:事件循环是异步的核心,它创建一个无限循环,监控任务状态(如 I/O 完成或超时)。当协程调用 `await` 时,事件循环暂停该任务,转而执行其他就绪任务。这避免了 CPU 空闲等待,提高了资源利用率。实现时,开发者需显式创建管理事件循环: ```python import asyncio async def main(): print("开始任务") await asyncio.sleep(1) # 模拟 I/O 操作,暂停 1 秒 print("任务完成") if __name__ == "__main__": loop = asyncio.get_event_loop() # 创建事件循环 loop.run_until_complete(main()) # 运行协程直到完成 loop.close() # 关闭循环,避免资源泄漏 ``` 在以上代码中,`asyncio.get_event_loop()` 初始化事件循环,`run_until_complete()` 启动任务,并在结束时调用 `loop.close()` 释放资源[^3]。事件循环使用操作系统提供的 I/O 多路复用(如 epoll 或 kqueue)来高效监控多个 I/O 事件。 - **协程 `async/await` 语法**:Python 3.5+ 引入了 `async` `await` 关键字,简化了协程定义。`async def` 声明一个协程函数,`await` 用于暂停协程,直到异步操作完成。协程基于生成器实现,但更易用: ```python async def fetch_data(): print("发起网络请求") await asyncio.sleep(2) # 模拟网络延迟 return "数据已获取" async def main(): task = asyncio.create_task(fetch_data()) # 创建任务 print("其他任务执行中...") result = await task # 等待任务完成 print(result) ``` 这里,`fetch_data` 是一个协程,`await` 将其挂起,允许事件循环在等待期间运行 `print("其他任务执行中...")`。协程的执行时间可建模为:如果任务数为 $n$,平均 I/O 时间为 $t$,则同步执行需 $O(n \times t)$,而异步可优化到 $O(t)$(忽略调度开销)。 - **异步库支持**:Python 原生库(如 `requests`)不支持异步,因此需使用专用库: - `aiohttp`:实现异步网络请求,替代 `requests`。 - `aiofiles`:实现异步文件读写,避免文件 I/O 阻塞主线程。 例如,使用 `aiohttp` 发起并发 HTTP 请求: ```python import aiohttp import asyncio async def fetch_url(url): async with aiohttp.ClientSession() as session: async with session.get(url) as response: return await response.text() async def main(): urls = ["http://example.com", "http://example.org"] tasks = [fetch_url(url) for url in urls] results = await asyncio.gather(*tasks) # 并发执行所有任务 print(results) ``` 值得注意的是,Python 的原生实现,包括 `requests` 等网络请求库均没有实现上述异步特性,为实现异步,我们需要引入 `aiohttp` `aiofiles` 等库[^2]。这确保了 I/O 操作不阻塞事件循环。 #### 3. **原理的优势挑战** - **优势**:异步编程特别适用于高并发场景,如 Web 服务器、爬虫或实时数据处理。它减少了线程切换开销(协程更轻量),并通过事件循环提升吞吐量。例如,在 I/O 密集型应用中,异步可将性能提升数倍。 - **挑战**:异步代码调试较难,因为执行顺序非线性;错误处理需使用 `try/except` 结合 `asyncio` 异常机制。此外,CPU 密集型任务不适合异步,可能阻塞事件循环。 总结来说,Python 异步编程通过事件循环协程实现非阻塞并发,核心是 `asyncio` 库 `async/await` 语法。它借鉴了事件驱动模型,将任务分解为可暂停单元,从而提高效率。深入理解时,建议参考官方文档社区资源,如深入理解 Python 异步编程的文章[^4]。 ### 相关问题 1. 如何在 Python 中处理异步编程中的错误异常? 2. 异步编程与多线程编程相比有哪些优缺点? 3. 在实际项目中,如何优化异步代码的性能?
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