Flask實現異步執行任務

Posted on 2021-05-13 by WalkonNet

Flask 是 Python 中有名的輕量級同步 web 框架，在一些開發中，可能會遇到需要長時間處理的任務，此時就需要使用異步的方式來實現，讓長時間任務在後臺運行，先將本次請求的響應狀態返回給前端，不讓前端界面「卡頓」，當異步任務處理好後，如果需要返回狀態，再將狀態返回。

怎麼實現呢？

使用線程的方式

當要執行耗時任務時，直接開啟一個新的線程來執行任務，這種方式最為簡單快速。

通過 ThreadPoolExecutor 來實現

from flask import Flask
from time import sleep
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
# DOCS https://docs.python.org/3/library/concurrent.futures.html#concurrent.futures.ThreadPoolExecutor
# 創建線程池執行器
executor = ThreadPoolExecutor(2)
app = Flask(__name__)
@app.route('/jobs')
def run_jobs():
 # 交由線程去執行耗時任務
 executor.submit(long_task, 'hello', 123)
 return 'long task running.'
# 耗時任務
def long_task(arg1, arg2):
 print("args: %s %s!" % (arg1, arg2))
 sleep(5)
 print("Task is done!")
if __name__ == '__main__':
 app.run()

當要執行一些比較簡單的耗時任務時就可以使用這種方式，如發郵件、發短信驗證碼等。

但這種方式有個問題，就是前端無法得知任務執行狀態。

如果想要前端知道，就需要設計一些邏輯，比如將任務執行狀態存儲到 redis 中，通過唯一的任務 id 進行標識，然後再寫一個接口，通過任務 id 去獲取任務的狀態，然後讓前端定時去請求該接口，從而獲得任務狀態信息。

全部自己實現就顯得有些麻煩瞭，而 Celery 剛好實現瞭這樣的邏輯，來使用一下。

使用 Celery

為瞭滿足前端可以獲得任務狀態的需求，可以使用 Celery。

Celery 是實時任務處理與調度的分佈式任務隊列，它常用於 web 異步任務、定時任務等，後面單獨寫一篇文章描述 Celery 的架構，這裡不深入討論。

現在我想讓前端可以通過一個進度條來判斷後端任務的執行情況。使用 Celery 就很容易實現，首先通過 pip 安裝 Celery 與 redis，之所以要安裝 redis，是因為讓 Celery 選擇 redis 作為「消息代理 / 消息中間件」。

pip install celery
pip install redis

在 Flask 中使用 Celery 其實很簡單，這裡先簡單的過一下 Flask 中使用 Celery 的整體流程，然後再去實現具體的項目

1.在 Flask 中初始化 Celery

from flask import Flask
from celery import Celery
app = Flask(__name__)
# 配置
# 配置消息代理的路徑，如果是在遠程服務器上，則配置遠程服務器中redis的URL
app.config['CELERY_BROKER_URL'] = 'redis://localhost:6379/0'
# 要存儲 Celery 任務的狀態或運行結果時就必須要配置
app.config['CELERY_RESULT_BACKEND'] = 'redis://localhost:6379/0'
# 初始化Celery
celery = Celery(app.name, broker=app.config['CELERY_BROKER_URL'])
# 將Flask中的配置直接傳遞給Celery
celery.conf.update(app.config)

上述代碼中，通過 Celery 類初始化 celery 對象，傳入的應用名稱與消息代理的連接 URL。

2.通過 celery.task 裝飾器裝飾耗時任務對應的函數

@celery.task
def long_task(arg1, arg2):
 # 耗時任務的邏輯
 return result

3.Flask 中定義接口通過異步的方式執行耗時任務

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def index():
 task = long_task.delay(1, 2)
delay () 方法是 applyasync () 方法的快捷方式，applyasync () 參數更多，可以更加細致的控制耗時任務，比如想要 long_task () 在一分鐘後再執行
@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def index():
 task = long_task.apply_async(args=[1, 2], countdown=60)

delay () 與 apply_async () 會返回一個任務對象，該對象可以獲取任務的狀態與各種相關信息。
通過這 3 步就可以使用 Celery 瞭。

接著就具體來實現「讓前端可以通過一個進度條來判斷後端任務的執行情況」的需求。

# bind為True，會傳入self給被裝飾的方法
@celery.task(bind=True)
def long_task(self):
 verb = ['Starting up', 'Booting', 'Repairing', 'Loading', 'Checking']
 adjective = ['master', 'radiant', 'silent', 'harmonic', 'fast']
 noun = ['solar array', 'particle reshaper', 'cosmic ray', 'orbiter', 'bit']
 message = ''
 total = random.randint(10, 50)
 for i in range(total):
 if not message or random.random() < 0.25:
 # 隨機的獲取一些信息
 message = '{0} {1} {2}...'.format(random.choice(verb),
 random.choice(adjective),
 random.choice(noun))
 # 更新Celery任務狀態
 self.update_state(state='PROGRESS',
 meta={'current': i, 'total': total,
 'status': message})
 time.sleep(1)
 # 返回字典
 return {'current': 100, 'total': 100, 'status': 'Task completed!',
 'result': 42}

上述代碼中，celery.task () 裝飾器使用瞭 bind=True 參數，這個參數會讓 Celery 將 Celery 本身傳入，可以用於記錄與更新任務狀態。

然後就是一個 for 迭代，迭代的邏輯沒什麼意義，就是隨機從 list 中抽取一些詞匯來模擬一些邏輯的運行，為瞭表示這是耗時邏輯，通過 time.sleep (1) 休眠一秒。

每次獲取一次詞匯，就通過 self.update_state () 更新 Celery 任務的狀態，Celery 包含一些內置狀態，如 SUCCESS、STARTED 等等，這裡使用瞭自定義狀態「PROGRESS」，除瞭狀態外，還將本次循環的一些信息通過 meta 參數 (元數據) 以字典的形式存儲起來。有瞭這些數據，前端就可以顯示進度條瞭。

定義好耗時方法後，再定義一個 Flask 接口方法來調用該耗時方法

@app.route('/longtask', methods=['POST'])
def longtask():
 # 異步調用
 task = long_task.apply_async()
 # 返回 202，與Location頭
 return jsonify({}), 202, {'Location': url_for('taskstatus',
 task_id=task.id)}

簡單而言，前端通過 POST 請求到 /longtask，讓後端開始去執行耗時任務。

返回的狀態碼為 202，202 通常表示一個請求正在進行中，然後還在返回數據包的包頭 (Header) 中添加瞭 Location 頭信息，前端可以通過讀取數據包中 Header 中的 Location 的信息來獲取任務 id 對應的完整 url。

前端有瞭任務 id 對應的 url 後，還需要提供一個接口給前端，讓前端可以通過任務 id 去獲取當前時刻任務的具體狀態。

@app.route('/status/<task_id>')
def taskstatus(task_id):
 task = long_task.AsyncResult(task_id)
 if task.state == 'PENDING': # 在等待
 response = {
 'state': task.state,
 'current': 0,
 'total': 1,
 'status': 'Pending...'
 }
 elif task.state != 'FAILURE': # 沒有失敗
 response = {
 'state': task.state, # 狀態
 # meta中的數據，通過task.info.get()可以獲得
 'current': task.info.get('current', 0), # 當前循環進度
 'total': task.info.get('total', 1), # 總循環進度
 'status': task.info.get('status', '')
 }
 if 'result' in task.info:
 response['result'] = task.info['result']
 else:
 # 後端執行任務出現瞭一些問題
 response = {
 'state': task.state,
 'current': 1,
 'total': 1,
 'status': str(task.info), # 報錯的具體異常
 }
 return jsonify(response)

為瞭可以獲得任務對象中的信息，使用任務 id 初始化 AsyncResult 類，獲得任務對象，然後就可以從任務對象中獲得當前任務的信息。

該方法會返回一個 JSON，其中包含瞭任務狀態以及 meta 中指定的信息，前端可以利用這些信息構建一個進度條。

如果任務在 PENDING 狀態，表示該任務還沒有開始，在這種狀態下，任務中是沒有什麼信息的，這裡人為的返回一些數據。如果任務執行失敗，就返回 task.info 中包含的異常信息，此外就是正常執行瞭，正常執行可以通 task.info 獲得任務中具體的信息。

這樣，後端的邏輯就處理完成瞭，接著就來實現前端的邏輯，要實現圖形進度條，可以直接使用 nanobar.js，簡單兩句話就可以實現一個進度條，其官網例子如下：

var options = {
 classname: 'my-class',
 id: 'my-id',
 // 進度條要出現的位置
 target: document.getElementById('myDivId')
};
// 初始化進度條對象
var nanobar = new Nanobar( options );
nanobar.go( 30 ); // 30% 進度條
nanobar.go( 76 ); // 76% 進度條
// 100% 進度條，進度條結束
nanobar.go(100);

有瞭 nanobar.js 就非常簡單瞭。

先定義一個簡單的 HTML 界面

<h2>Long running task with progress updates</h2>
<button id="start-bg-job">Start Long Calculation</button><br><br>
<div id="progress"></div>

通過 JavaScript 實現對後臺的請求

// 按鈕點擊事件
$(function() {
 $('#start-bg-job').click(start_long_task);
 });
// 請求 longtask 接口
function start_long_task() {
 // 添加元素在html中
 div = $('<div class="progress"><div></div><div>0%</div><div>...</div><div> </div></div><hr>');
 $('#progress').append(div);
 // 創建進度條對象
 var nanobar = new Nanobar({
 bg: '#44f',
 target: div[0].childNodes[0]
 });
 // ajax請求longtask
 $.ajax({
 type: 'POST',
 url: '/longtask',
 // 獲得數據，從響應頭中獲取Location
 success: function(data, status, request) {
 status_url = request.getResponseHeader('Location');
 // 調用 update_progress() 方法更新進度條
 update_progress(status_url, nanobar, div[0]);
 },
 error: function() {
 alert('Unexpected error');
 }
 });
 }
// 更新進度條
function update_progress(status_url, nanobar, status_div) {
 // getJSON()方法是JQuery內置方法，這裡向Location中對應的url發起請求，即請求「/status/<task_id>」
 $.getJSON(status_url, function(data) {
 // 計算進度
 percent = parseInt(data['current'] * 100 / data['total']);
 // 更新進度條
 nanobar.go(percent);
 // 更新文字
 $(status_div.childNodes[1]).text(percent + '%');
 $(status_div.childNodes[2]).text(data['status']);
 if (data['state'] != 'PENDING' && data['state'] != 'PROGRESS') {
 if ('result' in data) {
 // 展示結果
 $(status_div.childNodes[3]).text('Result: ' + data['result']);
 }
 else {
 // 意料之外的事情發生
 $(status_div.childNodes[3]).text('Result: ' + data['state']);
 }
 }
 else {
 // 2秒後再次運行
 setTimeout(function() {
 update_progress(status_url, nanobar, status_div);
 }, 2000);
 }
 }); 
 }

可以通過註釋閱讀代碼整體邏輯。

至此，需求實現完瞭，運行一下。

首先運行 Redis

redis-server

然後運行 celery

celery worker -A app.celery --loglevel=info

最後運行 Flask 項目

python app.py

效果如下：

到此這篇關於Flask實現異步執行任務的文章就介紹到這瞭,更多相關Flask 異步內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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