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协程理论

时间：2024-02-14 23:25:32浏览次数：32  
标签：异步 协程 理论 await async 执行 asyncio

协程

（1）介绍

  • 什么是协程？

    • 就是在线程下面开设多线程

  • 协程（Coroutines）是一种用于异步编程的概念，它是一种更轻量级的线程。协程允许程序在执行过程中暂停和恢复，从而实现非阻塞的异步编程模型

    在 Python 中，协程可以使用 asyncio 模块来实现。Python 3.5 引入了 async 和 await 关键字，使得定义和调用协程更加方便

  • 协程的优点：

  1. 协程的切换开销更小，属于程序级别的切换，操作系统完全感知不到，因而更加轻量级
  2. 单线程内就可以实现并发的效果，最大限度地利用cpu
  3. 应用程序级别速度要远远高于操作系统的切换
  • 协程的缺点：
  1. 协程的本质是单线程下，无法利用多核，可以是一个程序开启多个进程，每个进程内开启多个线程，每个线程内开启协程
  2. 协程指的是单个线程，因而一旦协程出现阻塞，将会阻塞整个线程(多个任务一旦有一个阻塞没有切，整个线程都阻塞在原地,该线程内的其他的任务都不能执行了)
  • 总结：
  1. 必须在只有一个单线程里实现并发
  2. 修改共享数据不需加锁
  3. 用户程序里自己保存多个控制流的上下文栈
  4. 附加：一个协程遇到IO操作自动切换到其它协程（如何实现检测IO，yield、greenlet都无法实现，就用到了gevent模块（select机制））

（2）greenlet模块

  • greenlet 是一个用于实现协程的 Python 库，它允许在程序中创建轻量级的用户级线程，这些线程被称为 "greenlet"。每个 greenlet 都有自己的执行状态，但它们共享相同的全局解释器（GIL），因此只有一个 greenlet 能够执行 Python 代码。
from greenlet import greenlet

def foo():
    print("foo start")
    gr2.switch()
    print("foo end")
    gr2.switch()

def bar():
    print("bar start")
    gr1.switch()
    print("bar end")

gr1 = greenlet(foo)
gr2 = greenlet(bar)

gr1.switch()

# foo start
# bar start
# foo end
# bar end

（3）asyncio模块

  • asyncio 是 Python 标准库提供的一个用于编写异步代码的模块，它提供了一种基于事件循环的异步编程模型。通过 asyncio，可以轻松编写高效的异步 I/O 代码，处理大量的并发连接和事件。

  • 以下是 asyncio 的主要特点和用法：

  1. 事件循环（Event Loop）：asyncio 基于事件循环的模型，其中一个主要的事件循环负责调度和执行异步任务。
  2. 协程（Coroutines）：asyncio 使用 async def 和 await 关键字来定义协程，协程是一种轻量级的并发执行单元，可以在异步程序中方便地实现并发操作。
  3. 异步 I/O：asyncio 提供了异步的 I/O 操作，包括文件读写、网络通信等，可以有效地处理大量的 I/O 请求。
  4. 并发任务：asyncio 支持并发执行多个任务，通过 asyncio.gather() 或 asyncio.wait() 等函数可以同时执行多个协程任务。
  5. 异步上下文管理器：asyncio 提供了异步上下文管理器，例如 async with 语法，用于管理异步资源的生命周期。
  6. 异步事件处理：asyncio 可以处理异步事件，例如定时器、信号等，以及与外部事件循环的集成。

（4）协程函数

  • 协程函数是指使用了 async def 声明的函数，它们允许在函数内部使用 await 关键字来暂停函数的执行，等待异步操作的完成，然后在操作完成后继续执行。在 Python 中，协程函数通常用于异步编程，通过 asyncio 模块来实现。
async def heart():
    pass
  • 以下是协程函数的一些特点和用法：
  1. 使用 async def 定义：协程函数使用 async def 关键字来定义，例如 async def heart():
  2. 支持 await 关键字：协程函数内部可以使用 await 关键字来暂停函数的执行，等待异步操作的完成，例如 await asyncio.sleep(1)。
  3. 异步执行：协程函数是异步执行的，它们可以在一个事件循环中被调度和执行，而不会阻塞程序的其他部分。
  4. 协程链：协程函数可以相互调用，并形成协程链，其中一个协程函数可以在等待另一个协程函数完成时暂停执行。
  5. 与异步上下文管理器一起使用：协程函数可以与异步上下文管理器一起使用，例如 async with，用于管理异步资源的生命周期。

（5）协程对象

  • 协程对象是通过协程函数调用而创建的对象，它表示了一个可等待的异步操作。在 Python 中，协程对象通常是使用 async def 关键字定义的协程函数所返回的。这些对象可以被用于构建异步程序，参与事件循环的调度，以及与其他协程进行协作。
async def heart():
    pass


res = heart()
print(res)  # <coroutine object heart at 0x000001AD87304350>
  • 以下是协程对象的一些特点和用法：
  1. 通过协程函数创建：协程对象是通过调用使用 async def 定义的协程函数而创建的，例如 coro = heart()。
  2. 可等待对象：协程对象是可等待对象的一种，它可以被 await 关键字用于暂停当前协程的执行，等待其完成，例如 await coro。
  3. 异步调度：协程对象可以被调度到事件循环中执行，它们可以在事件循环中被等待、调度和执行。
  4. 状态：协程对象具有不同的状态，包括未启动（pending）、已运行（running）、已完成（done）等状态。
  5. 返回值：协程对象可以返回一个值，这个值可以在协程执行完成后通过 coro.result() 或者 await coro 获取。

（6）基本应用

  • 执行协程代码的方式一：
import asyncio

async def heart():
    print(f'这是协程函数')

def main_asy():
    res = heart()
    pool =  asyncio.get_event_loop()
    pool.run_until_complete(res)

if __name__ == '__main__':
    main_asy()
  • 执行协程代码的方式二：
import asyncio

async def heart():
    print(f'这是协程函数')

def main_async():
    res = heart()
    asyncio.run(res)

if __name__ == '__main__':
    main_async() # 这是协程函数

（7）await关键字

  • await表示当前任务遇到阻塞需要切换

  • await 关键字是用于异步编程中的协程中的一种语法，它通常与协程对象一起使用，用于暂停当前协程的执行，等待另一个协程执行完成，并获取其结果。

  • 在 Python 中，当使用 await 关键字时，Python 解释器会暂停当前协程的执行，将控制权返回给事件循环，直到等待的协程执行完成并返回结果。一旦等待的协程完成，await 表达式将返回结果，并继续执行当前协程的后续代码。

  • 以下是 await 关键字的一些特点和用法：

  1. 用于异步上下文中：await 关键字只能在异步上下文中使用，例如在异步函数（使用 async def 定义的函数）或者异步上下文管理器中。
  2. 等待协程对象：await 后面通常跟着一个协程对象，用于等待该协程执行完成，并获取其返回值。
  3. 暂停当前协程的执行：await 表达式会暂停当前协程的执行，将控制权交给事件循环，直到等待的协程执行完成。
  4. 获取协程返回值：一旦等待的协程完成，await 表达式将返回协程的返回值，可以将其赋值给变量或直接在表达式中使用。
  5. 非阻塞：与传统的同步编程中的阻塞调用不同，await 关键字不会阻塞程序的执行，而是在等待异步操作完成时允许其他协程继续执行。
import asyncio


async def my_coroutine():
    print("协程开始执行")  # 打印协程开始执行的消息
    await asyncio.sleep(1)  # 等待1秒钟
    print("协程执行完成")  # 打印协程执行完成的消息
    return "来自协程的问候"  # 返回一个字符串


async def main():
    print("主函数开始执行")  # 打印主函数开始执行的消息
    result = await my_coroutine()  # 等待协程执行完成，并获取返回值
    print("协程返回结果:", result)  # 打印协程返回的结果
    print("主函数执行完成")  # 打印主函数执行完成的消息


asyncio.run(main())  # 运行主函数
# 主函数开始执行
# 协程开始执行
# 协程执行完成
# 协程返回结果: 来自协程的问候
# 主函数执行完成

（8）Task对象

  • asyncio.Task 对象是 asyncio 模块中用于表示协程任务的类。它代表了一个异步操作，可以在事件循环中被调度和执行。asyncio.Task 对象与协程函数之间是一种桥梁，它允许你在事件循环中管理和调度协程的执行。
  • 以下是 asyncio.Task 对象的一些特点和用法：
  1. 创建任务：使用 asyncio.create_task() 函数或 loop.create_task() 方法来创建一个 asyncio.Task 对象，将一个协程函数包装成一个任务。
  2. 任务状态：asyncio.Task 对象具有不同的状态，包括待运行（pending）、运行中（running）、已完成（done）等状态，可以通过 task.status() 方法来获取任务的状态。
  3. 取消任务：可以通过调用 task.cancel() 方法来取消任务的执行，取消后任务的状态将变为已取消（cancelled），并触发相应的取消异常。
  4. 等待任务完成：可以使用 await task 语法或 task.result() 方法来等待任务完成，并获取任务的结果。
  5. 异常处理：可以通过 task.exception() 方法来获取任务执行过程中的异常信息，并进行相应的处理。
import asyncio


async def my_coroutine():
    print("协程开始执行")
    await asyncio.sleep(1)
    print("协程执行完成")
    return "来自协程的问候"


async def main():
    print("主函数开始执行")
    task = asyncio.create_task(my_coroutine())  # 创建一个任务
    print("任务对象:", task)
    result = await task  # 等待任务执行完成，并获取返回值
    print("任务返回结果:", result)
    print("主函数执行完成")


asyncio.run(main())  # 运行主函数

# 主函数开始执行
# 任务对象: <Task pending name='Task-2' coro=<my_coroutine() running at D:\2023propygo\test.py:8>>
# 协程开始执行
# 协程执行完成
# 任务返回结果: 来自协程的问候
# 主函数执行完成

（9）aiohttp对象

  • 功能：aiohttp 允许您编写异步的 HTTP 客户端和服务器，它基于 Python 的 asyncio 模块，提供了高效的异步 I/O 操作。

  • 用途：您可以使用 aiohttp 构建异步的 Web 服务器、Web 客户端、REST API、HTTP 代理等。

  • 特点：

    • 异步支持：aiohttp 提供了异步的 HTTP 客户端和服务器，可以处理大量并发连接。
    • 高性能：由于使用了异步 I/O 操作，aiohttp 能够充分利用系统资源，提供高性能的网络通信。
    • 简单易用：aiohttp 提供了简洁的 API，易于学习和使用，同时提供了丰富的文档和示例。

  • aiohttp 模块提供了几种重要的对象，用于构建异步的 HTTP 客户端和服务器。以下是其中一些常用的对象：

  1. aiohttp.ClientSession：
    • ClientSession 是用于发送 HTTP 请求的异步客户端会话对象。
    • 您可以使用它创建和发送 HTTP 请求，并管理请求的状态和连接池。
    • 它提供了多种方法来发送 GET、POST 等类型的请求，并支持异步操作。
  2. aiohttp.ClientResponse：
    • ClientResponse 是客户端接收到的 HTTP 响应对象。
    • 当使用 ClientSession 发送请求时，会得到一个 ClientResponse 对象作为响应。
    • 它包含了响应的状态码、头部信息、内容等，并提供了多种方法来读取和处理响应内容。
  3. aiohttp.ClientRequest：
    • ClientRequest 是客户端发送的 HTTP 请求对象。
    • 当使用 ClientSession 发送请求时，会创建一个 ClientRequest 对象表示待发送的请求。
    • 您可以在创建请求对象时设置请求的 URL、方法、头部、数据等信息，并将其传递给 ClientSession 进行发送。
  4. aiohttp.web.Application：
    • Application 是用于构建异步 Web 服务器的应用程序对象。
    • 您可以创建一个 Application 对象来定义路由、中间件、处理程序等，并将其运行在 aiohttp.web.run_app() 函数中。
  5. aiohttp.web.Request 和 aiohttp.web.Response**：
    • 这两个对象是用于处理 HTTP 请求和响应的对象，在编写 aiohttp 的 Web 服务器时经常会使用到。
    • Request 对象表示客户端发送的 HTTP 请求，Response 对象表示服务器返回的 HTTP 响应。

  • 这些对象是 aiohttp 中的核心组件，可以根据自己的需求使用它们来构建异步的 HTTP 客户端或服务器。

  • 模版：

import aiohttp
import asyncio

async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get('http://httpbin.org/headers') as response:
            print(await response.text())

asyncio.run(main())

标签：异步,协程,理论,await,async,执行,asyncio
From： https://www.cnblogs.com/ssrheart/p/18015833

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