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Python中的并發(fā)處理之a(chǎn)syncio包使用的詳解

 更新時間:2018年04月03日 14:33:24   作者:Hanwencheng  
本篇文章主要介紹了Python中的并發(fā)處理之a(chǎn)syncio包使用的詳解,小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

導(dǎo)語:本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之控制流程篇的重點知識及個人心得,打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點:

1、了解asyncio包的功能和使用方法;
2、了解如何避免阻塞型調(diào)用;
3、學(xué)會使用協(xié)程避免回調(diào)地獄。

一、使用asyncio包做并發(fā)編程

1、并發(fā)與并行

并發(fā):一次處理多件事。
并行:一次做多件事。
并發(fā)用于制定方案,用來解決可能(但未必)并行的問題。并發(fā)更好。

2、asyncio概述

了解asyncio的4個特點:

  1. asyncio包使用事件循環(huán)驅(qū)動的協(xié)程實現(xiàn)并發(fā)。
  2. 適合asyncio API的協(xié)程在定義體中必須使用yield from,而不能使用yield。
  3. 使用asyncio處理的協(xié)程,需在定義體上使用@asyncio.coroutine裝飾。裝飾的功能在于凸顯協(xié)程,同時當(dāng)協(xié)程不產(chǎn)出值,協(xié)程會被垃圾回收。
  4. Python3.4起,asyncio包只直接支持TCP和UDP協(xié)議。如果想使用asyncio實現(xiàn)HTTP客戶端和服務(wù)器時,常使用aiohttp包。

在協(xié)程中使用yield from需要注意兩點:

  1. 使用yield froml鏈接的多個協(xié)程最終必須由不是協(xié)程的調(diào)用方驅(qū)動,調(diào)用方顯式或隱式在最外層委派生成器上調(diào)用next()函數(shù)或 .send()方法。
  2. 鏈條中最內(nèi)層的子生成器必須是簡單的生成器(只使用yield)或可迭代的對象。

但在asyncio包的API中使用yield from還需注意兩個細節(jié):

  1. asyncio包中編寫的協(xié)程鏈條始終通過把最外層委派生成器傳給asyncio包API中的某個函數(shù)驅(qū)動,例如loop.run_until_complete()。即不通過調(diào)用next()函數(shù)或 .send()方法驅(qū)動協(xié)程。
  2. 編寫的協(xié)程鏈條最終通過yield from把職責(zé)委托給asyncio包中的某個協(xié)程函數(shù)或協(xié)程方法。即最內(nèi)層的子生成器是庫中真正執(zhí)行I/O操作的函數(shù),而不是我們自己編寫的函數(shù)。

實例——通過asyncio包和協(xié)程以動畫形式顯示文本式旋轉(zhuǎn)指針:

import asyncio
import itertools
import sys

@asyncio.coroutine # 交給 asyncio 處理的協(xié)程要使用 @asyncio.coroutine 裝飾
def spin(msg):
  for char in itertools.cycle('|/-\\'):
    status = char + ' ' + msg
    print(status)
    try:
      yield from asyncio.sleep(.1) # 使用 yield from asyncio.sleep(.1) 代替 time.sleep(.1),這樣的休眠不會阻塞事件循環(huán)。
    except asyncio.CancelledError: # 如果 spin 函數(shù)蘇醒后拋出 asyncio.CancelledError 異常,其原因是發(fā)出了取消請求,因此退出循環(huán)。
      break

@asyncio.coroutine
def slow_function(): # slow_function 函數(shù)是協(xié)程,在用休眠假裝進行 I/O 操作時,使用 yield from 繼續(xù)執(zhí)行事件循環(huán)。
  # 假裝等待I/O一段時間
  yield from asyncio.sleep(3) # yield from asyncio.sleep(3) 表達式把控制權(quán)交給主循環(huán),在休眠結(jié)束后恢復(fù)這個協(xié)程。
  return 42

@asyncio.coroutine
def supervisor(): # supervisor 函數(shù)也是協(xié)程
  spinner = asyncio.async(spin('thinking!')) # asyncio.async(...) 函數(shù)排定 spin 協(xié)程的運行時間,使用一個 Task 對象包裝spin 協(xié)程,并立即返回。
  print('spinner object:', spinner)
  result = yield from slow_function() # 驅(qū)動 slow_function() 函數(shù)。結(jié)束后,獲取返回值。
# 同時,事件循環(huán)繼續(xù)運行,因為slow_function 函數(shù)最后使用 yield from asyncio.sleep(3) 表達式把控制權(quán)交回給了主循環(huán)。
  spinner.cancel() # Task 對象可以取消;取消后會在協(xié)程當(dāng)前暫停的 yield 處拋出 asyncio.CancelledError 異常。協(xié)程可以捕獲這個異常,也可以延遲取消,甚至拒絕取消。
  return result

if __name__ == '__main__':
  loop = asyncio.get_event_loop() # 獲取事件循環(huán)的引用
  result = loop.run_until_complete(supervisor()) # 驅(qū)動 supervisor 協(xié)程,讓它運行完畢;這個協(xié)程的返回值是這次調(diào)用的返回值。
  loop.close()
  print('Answer:', result)

3、線程與協(xié)程對比

線程:調(diào)度程序在任何時候都能中斷線程。必須記住保留鎖。去保護程序中的重要部分,防止多步操作在執(zhí)行的過程中中斷,防止數(shù)據(jù)處于無效狀態(tài)。

協(xié)程:默認會做好全方位保護,以防止中斷。對協(xié)程來說無需保留鎖,在多個線程之間同步操作,協(xié)程自身就會同步,因為在任意時刻只有一個協(xié)程運行。

4、從期物、任務(wù)和協(xié)程中產(chǎn)出

在asyncio包中,期物和協(xié)程關(guān)系緊密,因為可以使用yield from從asyncio.Future對象中產(chǎn)出結(jié)果。這意味著,如果foo是協(xié)程函數(shù),抑或是返回Future或Task實例的普通函數(shù),那么可以這樣寫:res=yield from foo()。這是asyncio包中很多地方可以互換協(xié)程與期物的原因之一。

二、避免阻塞型調(diào)用

1、有兩種方法能避免阻塞型調(diào)用中止整個應(yīng)用程序的進程:

  1. 在單獨的線程中運行各個阻塞型操作。
  2. 把每個阻塞型操作轉(zhuǎn)換成非阻塞的異步調(diào)用。

使用多線程處理大量連接時將耗費過多的內(nèi)存,故此通常使用回調(diào)來實現(xiàn)異步調(diào)用。

2、使用Executor對象防止阻塞事件循環(huán):

使用loop.run_in_executor把阻塞的作業(yè)(例如保存文件)委托給線程池做。

@asyncio.coroutine
def download_one(cc, base_url, semaphore, verbose):
  try:
    with (yield from semaphore):
      image = yield from get_flag(base_url, cc)
  except web.HTTPNotFound:
    status = HTTPStatus.not_found
    msg = 'not found'
  except Exception as exc:
    raise FetchError(cc) from exc
  else:
    loop = asyncio.get_event_loop() # 獲取事件循環(huán)對象的引用
    loop.run_in_executor(None, # None 使用默認的 TrreadPoolExecutor 實例
        save_flag, image, cc.lower() + '.gif') # 傳入可調(diào)用對象
    status = HTTPStatus.ok
    msg = 'OK'

  if verbose and msg:
    print(cc, msg)

  return Result(status, cc)

asyncio 的事件循環(huán)背后維護一個 ThreadPoolExecutor 對象,我們可以調(diào)用 run_in_executor 方法, 把可調(diào)用的對象發(fā)給它執(zhí)行。

三、從回調(diào)到期物和協(xié)程

回調(diào)地獄:如果一個操作需要依賴之前操作的結(jié)果,那就得嵌套回調(diào)。

Python 中的回調(diào)地獄:

def stage1(response1):
  request2 = step1(response1)
  api_call2(request2, stage2)

def stage2(response2):
  request3 = step2(response2)
  api_call3(request3, stage3)

def stage3(response3):
  step3(response3)

api_call1(request1, step1)

使用 協(xié)程 和 yield from 結(jié)構(gòu)做異步編程,無需用回調(diào):

@asyncio.coroutine
def three_stages(request1):
  response1 = yield from api_call1()
  request2 = step1(response1)
  response2 = yield from api_call2(request2)
  request3 = step2(response2)
  response3 = yield from api_call3(request3)
  step3(response3)

loop.create_task(three_stages(request1))
# 協(xié)程不能直接調(diào)用,必須用事件循環(huán)顯示指定協(xié)程的執(zhí)行時間,或者在其他排定了執(zhí)行時間的協(xié)程中使用 yield from 表達式把它激活

四、使用asyncio包編寫服務(wù)器

  1. 使用asyncio包能實現(xiàn)TCP和HTTP服務(wù)器
  2. Web服務(wù)將成為asyncio包的重要使用場景。

以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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