淺談Python協程asyncio

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一、協程

官方描述;
協程是子例程的更一般形式。 子例程可以在某一點進入並在另一點退出。 協程則可以在許多不同的點上進入、退出和恢復。 它們可通過 async def 語句來實現。 參見 PEP 492。

  • 協程不是計算機內部提供的，不像進程、線程，由電腦本身提供，它是由程序員人為創造的, 實現函數異步執行。
  • 協程（Coroutine），也可以被稱為微線程，是一種用戶太內的上下文切換技術，其實就是通過一個線程實現代碼塊相互切換執行。看上去像子程序，但執行過程中，在子程序內部可中斷，然後轉而執行別的子程序，在適當的時候再返回來接著執行。例如：
# 需要python3.7+
import asyncio


async def main():
    print('hello')
    await asyncio.sleep(1)
    print('world')

asyncio.run(main())

# 打印 "hello"，等待 1 秒，再打印 "world"

註意：簡單地調用一個協程並不會使其被調度執行，

直接main() 調用會有問題:

RuntimeWarning: coroutine 'main' was never awaited
  main()
RuntimeWarning: Enable tracemalloc to get the object allocation traceback
def func1():
    print(1)
    ...
    print(2)
    
def func2():
    print(3)
    ...
    print(4)

func1()
func2() 

# 結果：1 2 3 4

實現協程的方法：

  • greenlet，早期模塊【不建議使用】
  • yield關鍵字，它是python的生成器，具有保存狀態，切換到其他函數去執行，再切換回原函數的功能。
  • asyncio裝飾器（python3.4引入）
  • async、await 關鍵字（python3.5）【推薦使用】

1.1 greenlet實現協程

# 第三方模塊，因此需要安裝

pip install greenlet
from greenlet import greenlet


def func1():
    print(1)
    gr2.switch()
    print(2)
    gr2.switch()


def func2():
    print(3)
    gr1.switch()
    print(4)


gr1 = greenlet(func1)
gr2 = greenlet(func2)

gr1.switch()

# 結果：1 3 2 4

1.2 yield關鍵字

def func1():
    yield 1
    yield from func2()
    yield 2


def func2():
    yield 3
    yield 4

f1 = func1()
for item in f1:
    print(item)
    
# 結果：1 3 2 4

1.3 asynico裝飾器

python3.4 及之後版本支持

DeprecationWarning: “@coroutine” decorator is deprecated since Python 3.8, use “async def”
翻譯：@coroutine”裝飾器自Python 3.8起已棄用，請使用”async def”代替

所以這個也不支持。

import asyncio

@asyncio.coroutine
def func1():
    print(1)
    yield from asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗時操作，自動切換到tasks中其他任務，比如：網絡IO，下載圖片
    print(2)

@asyncio.coroutine
def func2():
    print(3)
    yield from asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗時操作，自動切換到tasks中其他任務，比如：網絡IO，下載圖片
    print(4)

tasks = [
    asyncio.ensure_future(func1()),
    asyncio.ensure_future(func2())
]
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

# 結果： 1 3 2 4

1.4 async & await 關鍵字

import asyncio


async def func1():
    print(1)
    await asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗時操作，自動切換到tasks中其他任務，比如：網絡IO，下載圖片
    print(2)


async def func2():
    print(3)
    await asyncio.sleep(2)  # 遇到IO耗時操作，自動切換到tasks中其他任務，比如：網絡IO，下載圖片
    print(4)

tasks = [
    asyncio.ensure_future(func1()),
    asyncio.ensure_future(func2())
]
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

二、協程的意義

充分利用線程。在一個線程中如果遇到IO等待時間線程不會一直等待，利用空閑時間再去幹點其他事情。

以下載三張圖片為例：

普通方式（同步）下載：

import time
import requests

def download_image(url, img_name):
    print("開始下載:", url)
    # 發送網絡請求，下載圖片
    response = requests.get(url)
    print("下載完成")
    # 圖片保存到本地文件
    file_name = str(img_name) + '.png'
    with open(file_name, mode='wb') as file:
        file.write(response.content)

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    url_list = [
        'https://tse4-mm.cn.bing.net/th/id/OIP.866vRxQ8QvyDsrUuXiu7qwHaNK?w=182&h=324&c=7&o=5&pid=1.7',
        'https://tse2-mm.cn.bing.net/th/id/OIP.HUcWtoYPG-z2pu4ityajbAHaKQ?w=182&h=252&c=7&o=5&pid=1.7',
        'https://tse2-mm.cn.bing.net/th/id/OIP.MvncR0-Pt9hVxKTdrvD9dAHaNK?w=182&h=324&c=7&o=5&pid=1.7',
        'https://tse1-mm.cn.bing.net/th/id/OIP._nGloaeMWbL7NB7Lp6SnXQHaLH?w=182&h=273&c=7&o=5&pid=1.7',
        ]
    img_name = 1
    for item in url_list:
        download_image(item, img_name)
        img_name += 1
    end = time.time()
    print(end - start)
    
 # 最終時間：7.25s

協程方式（異步）下載：

import aiohttp
import asyncio
import time


async def fetch(session, url):
    print("發送請求：", url)

    async with session.get(url, verify_ssl=False) as response:
        content = await response.content.read()
        file_name = url.rsplit('_')[-1]
        # print(file_name)
        with open(file_name, mode='wb') as file_object:
            file_object.write(content)
        print("下載完成")


async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        url_list = [
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
            'https://www3.autoimg.cn/newsdfs/g26/M02/35/A9/120x90_0_autohomecar__ChsEe12AXQ6AOOH_AAFocMs8nzU621.jpg',
        ]
        tasks = [asyncio.ensure_future(fetch(session, url)) for url in url_list]
        await asyncio.wait(tasks)

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    asyncio.get_event_loop().run_until_complete(main())
    end = time.time()
    print(end - start)
    
# 結果：0.05s

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