python基础教程：异步IO 之编程例子

我们讲以 Python 3.7 上的asyncio为例讲解如何使用Python的异步IO。

创建第一个协程

Python 3.7 推荐使用 async/await 语法来声明协程，来编写异步应用程序。我们来创建第一个协程函数：首先打印一行“你好”，等待1秒钟后再打印“猿人学”。

sayhi()函数通过 async 声明为协程函数，较之前的修饰器声明更简洁明了。

在实践过程中，什么功能的函数要用async声明为协程函数呢？就是那些能发挥异步IO性能的函数，比如读写文件、读写网络、读写数据库，这些都是浪费时间的IO操作，把它们协程化、异步化从而提高程序的整体效率（速度）。

sayhi()函数是通过 asyncio.run() 来运行的，而不是直接调用这个函数（协程）。因为，直接调用并不会把它加入调度日程，而只是简单的返回一个协程对象：

那么，如何真正运行一个协程呢？asyncio 提供了三种机制：

（1）asyncio.run() 函数，这是异步程序的主入口，相当于 C语言 中的main函数。

（2）用await等待协程，比如上例中的  await asyncio.sleep(1) 。再看下面的例子，我们定义了协程  say_delay() ，在main()协程中调用两次，第一次延迟1秒后打印“你好”，第二次延迟2秒后打印“猿人学”。这样我们通过 await 运行了两个协程。

从起止时间可以看出，两个协程是顺序执行的，总共耗时1+2=3秒。

（3）通过  asyncio.create_task() 函数并发运行作为 asyncio 任务（Task） 的多个协程。下面，我们用create_task()来修改上面的main()协程，从而让两个say_delay()协程并发运行：

从运行结果的起止时间可以看出，两个协程是并发执行的了，总耗时等于最大耗时2秒。

asyncio.create_task() 是一个很有用的函数，在爬虫中它可以帮助我们实现大量并发去下载网页。在Python 3.6中与它对应的是  ensure_future() 。

可等待对象（awaitables）

可等待对象，就是可以在 await 表达式中使用的对象，前面我们已经接触了两种可等待对象的类型：协程和任务，还有一个是低层级的Future。

asyncio模块的许多API都需要传入可等待对象，比如 run(), create_task() 等等。

（1）协程

协程是可等待对象，可以在其它协程中被等待。协程两个紧密相关的概念是：

• 协程函数：通过 async def 定义的函数；
• 协程对象：调用协程函数返回的对象。

运行上面这段程序，结果为：

co is 
now is 1548512708.2026224
now is 1548512708.202648

可以看到，直接运行协程函数 whattime()得到的co是一个协程对象，因为协程对象是可等待的，所以通过 await 得到真正的当前时间。now2是直接await 协程函数，也得到了当前时间的返回值。

（2）任务

前面我们讲到，任务是用来调度协程的，以便并发执行协程。当一个协程通过 asyncio.create_task() 被打包为一个 任务，该协程将自动加入程序调度日程准备立即运行。

create_task()的基本使用前面例子已经讲过。它返回的task通过await来等待其运行完。如果，我们不等待，会发生什么？“准备立即运行”又该如何理解呢？先看看下面这个例子：

运行这段代码的情况是这样的：

首先，1秒钟后打印一行，这是第13，14行代码运行的结果：

calling:0, now is 09:15:15

接着，停顿1秒后，连续打印4行：

calling:1, now is 09:15:16
calling:2, now is 09:15:16
calling:3, now is 09:15:16
calling:4, now is 09:15:16

从这个结果看， asyncio.create_task() 产生的4个任务，我们并没有 await ，它们也执行了。关键在于第18行的  await ，如果把这一行去掉或是sleep的时间小于1秒（比whattime()里面的sleep时间少即可），就会只看到第一行的输出结果而看不到后面四行的输出。这是因为，main()不sleep或sleep少于1秒钟，main()就在whattime()还未来得及打印结果（因为，它要sleep 1秒）就退出了，从而整个程序也退出了，就没有whattime()的输出结果。

再来理解一下 “准备立即执行” 这个说法。它的意思就是，create_task()只是打包了协程并加入调度队列还未执行，并准备立即执行，什么时候执行呢？在“主协程”（调用create_task()的协程）挂起的时候，这里的“挂起”有两个方式：

一是，通过 await task 来执行这个任务；

另一个是，主协程通过 await sleep 挂起，事件循环就去执行task了。

我们知道，asyncio是通过事件循环实现异步的。在主协程 main()里面，没有遇到 await 时，事件就是执行main()函数，遇到 await 时，事件循环就去执行别的协程，即create_task()生成的whattime()的4个任务，这些任务一开始就是 await sleep 1秒。这时候，主协程和4个任务协程都挂起了，CPU空闲，事件循环等待协程的消息。

如果main()协程只sleep了0.1秒，它就先醒了，给事件循环发消息，事件循环就来继续执行main()协程，而main()后面已经没有代码，就退出该协程，退出它也就意味着整个程序退出，4个任务就没机会打印结果；

如果main()协程sleep时间多余1秒，那么4个任务先唤醒，就会得到全部的打印结果；

如果main()的18行sleep等于1秒时，和4个任务的sleep时间相同，也会得到全部打印结果。这是为什么呢？

我猜想是这样的：4个任务生成在前，第18行的sleep在后，事件循环的消息响应可能有个先进先出的顺序。后面深入asyncio的代码专门研究一下这个猜想正确与否。

（3）Future

它是一个低层级的可等待对象，表示一个异步操作的最终结果。目前，我们写应用程序还用不到它，暂不学习。

asyncio异步IO协程总结

协程就是我们异步操作的片段。通常，写程序都会把全部功能分成很多不同功能的函数，目的是为了结构清晰；进一步，把那些涉及耗费时间的IO操作（读写文件、数据库、网络）的函数通过 async def 异步化，就是异步编程。

那些异步函数（协程函数）都是通过消息机制被事件循环管理调度着，整个程序的执行是单线程的，但是某个协程A进行IO时，事件循环就去执行其它协程非IO的代码。当事件循环收到协程A结束IO的消息时，就又回来执行协程A，这样事件循环不断在协程之间转换，充分利用了IO的闲置时间，从而并发的进行多个IO操作，这就是异步IO。

写异步IO程序时记住一个准则：需要IO的地方异步。其它地方即使用了协程函数也是没用的。