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Python使用asyncio實(shí)現(xiàn)異步操作的示例

更新時(shí)間：2025年01月05日 14:32:33 作者：CoderJia_

本文主要介紹了Python使用asyncio實(shí)現(xiàn)異步操作的示例,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

在 Python 中，使用 async 和 await 可以非常高效地處理復(fù)雜的異步 I/O 操作。它們的主要目的是簡化異步編程模型，使代碼可讀性更好，并且能夠在 I/O 操作時(shí)不阻塞主線程。下面是如何有效地利用它們來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異步 I/O 操作的指南：

1. 基礎(chǔ)概念

async def：定義一個(gè)異步函數(shù)，這樣的函數(shù)在調(diào)用時(shí)不會(huì)立即執(zhí)行，而是返回一個(gè)協(xié)程對象。
await：用于等待一個(gè)異步操作（如 I/O 操作）的結(jié)果，釋放當(dāng)前函數(shù)持有的 CPU 以便其他協(xié)程能夠執(zhí)行。
asyncio：Python 的標(biāo)準(zhǔn)庫提供了強(qiáng)大的異步 I/O 庫，包含了事件循環(huán)、任務(wù)、以及各種異步 I/O 操作的工具。

2. 實(shí)現(xiàn)異步 I/O 的步驟

2.1 定義異步函數(shù)

使用 async def 定義異步函數(shù)，可以在函數(shù)內(nèi)部使用 await 調(diào)用異步任務(wù)。例如，讀取文件、請求網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、或者數(shù)據(jù)庫操作等都可以是異步的。

import asyncio

async def fetch_data():
    print("Fetching data...")
    await asyncio.sleep(2)  # 模擬耗時(shí)的 I/O 操作，如數(shù)據(jù)庫查詢或API請求
    return {"data": "sample"}

2.2 使用 await 等待異步操作的完成

通過 await 等待異步任務(wù)的完成，可以避免阻塞程序的執(zhí)行。

async def main():
    data = await fetch_data()
    print(data)

# 運(yùn)行事件循環(huán)
asyncio.run(main())

2.3 并發(fā)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)

通過 asyncio.gather()，你可以并發(fā)地執(zhí)行多個(gè)異步任務(wù)，而不是順序等待每個(gè)任務(wù)完成。gather 可以同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)協(xié)程，并行處理 I/O 操作。

import asyncio


async def task_1():
    await asyncio.sleep(5)
    return "Task 1 finished"


async def task_2():
    await asyncio.sleep(5)
    return "Task 2 finished"


async def main():
    # 計(jì)算運(yùn)行耗時(shí)
    start_time = asyncio.get_running_loop().time()
    results = await asyncio.gather(task_1(), task_2())
    print(f"Total time: {asyncio.get_running_loop().time() - start_time}")
    print(results)


asyncio.run(main())

輸出結(jié)果是并行執(zhí)行的，雖然 task_1 和 task_2 各需要5秒，但并行總計(jì)耗時(shí)也是5秒。

2.4 創(chuàng)建并管理任務(wù)

asyncio.create_task() 可以將異步函數(shù)封裝成任務(wù)，并且不會(huì)阻塞當(dāng)前執(zhí)行。它允許同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，并在它們完成后獲取結(jié)果。

import asyncio


async def task_1():
    await asyncio.sleep(2)
    return "Task 1 complete"


async def task_2():
    await asyncio.sleep(1)
    return "Task 2 complete"


async def main():
    # 計(jì)算運(yùn)行的時(shí)間
    start_time = asyncio.get_running_loop().time()
    t1 = asyncio.create_task(task_1())
    t2 = asyncio.create_task(task_2())

    await t1  # 等待任務(wù)1完成
    await t2  # 等待任務(wù)2完成

    print(asyncio.get_running_loop().time() - start_time)
    print(t1.result())
    print(t2.result())


asyncio.run(main())

輸出結(jié)果是：

2.5 處理異常

在復(fù)雜的異步 I/O 操作中，處理異常非常重要。你可以在 await 和 async 任務(wù)中捕獲異常。

async def risky_task():
    await asyncio.sleep(1)
    raise ValueError("An error occurred!")

async def main():
    try:
        await risky_task()
    except ValueError as e:
        print(f"Caught exception: {e}")

asyncio.run(main())

輸出結(jié)果是：

2.6 超時(shí)控制

異步 I/O 操作中常常需要處理超時(shí)情況?？梢酝ㄟ^ asyncio.wait_for() 來實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制。

async def long_task():
    await asyncio.sleep(5)
    return "Task finished"

async def main():
    try:
        result = await asyncio.wait_for(long_task(), timeout=2)
        print(result)
    except asyncio.TimeoutError:
        print("Task timed out")

asyncio.run(main())

輸出結(jié)果是：

3. 處理復(fù)雜的異步 I/O 操作

在更復(fù)雜的場景中，可能需要同時(shí)處理多種類型的 I/O 操作，比如網(wǎng)絡(luò)請求、文件讀寫、數(shù)據(jù)庫查詢等。以下是一個(gè)例子，它展示了如何通過 asyncio 同時(shí)處理不同類型的異步操作。

import asyncio

async def fetch_data_from_api():
    print("Fetching data from API...")
    await asyncio.sleep(3)  # 模擬 API 請求
    return {"api_data": "some api data"}

async def read_from_file():
    print("Reading data from file...")
    await asyncio.sleep(2)  # 模擬文件讀操作
    return "file content"

async def write_to_db(data):
    print(f"Writing {data} to database...")
    await asyncio.sleep(1)  # 模擬數(shù)據(jù)庫寫入操作
    return "DB write success"

async def main():
    # 并發(fā)執(zhí)行 I/O 操作
    api_task = asyncio.create_task(fetch_data_from_api())
    file_task = asyncio.create_task(read_from_file())

    # 等待所有 I/O 操作完成
    api_data, file_content = await asyncio.gather(api_task, file_task)

    # 處理 I/O 操作的結(jié)果
    print(f"API Data: {api_data}")
    print(f"File Content: {file_content}")

    # 寫入數(shù)據(jù)庫
    db_result = await write_to_db(api_data)
    print(db_result)

asyncio.run(main())

輸出結(jié)果是：

4. 使用 async/await 的性能優(yōu)勢

避免阻塞：傳統(tǒng)的同步 I/O 操作（如文件讀取、網(wǎng)絡(luò)請求）會(huì)阻塞線程，而 async/await 允許在等待 I/O 操作時(shí)執(zhí)行其他任務(wù)，極大提高了并發(fā)處理的能力。
降低線程開銷：相比多線程，多協(xié)程（基于 async 的方式）能夠減少線程上下文切換的開銷，在高并發(fā)場景下更加高效。

5. 總結(jié)

利用 async 和 await 處理異步 I/O 操作時(shí)，可以有效地管理任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行，并通過 asyncio 提供的工具（如 gather、create_task）進(jìn)一步簡化復(fù)雜的異步操作。同時(shí)，超時(shí)控制、異常處理等功能也很容易集成到異步 I/O 操作中。

到此這篇關(guān)于Python使用asyncio實(shí)現(xiàn)異步操作的示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python asyncio異步操作內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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