Python 的异步 IO：Asyncio 简介
(点击上方蓝字，快速关注我们)
来源：adam1q84
segmentfault.com/a/1190000008814676
Python 的 asyncio 类似于 C++ 的 Boost.Asio。
所谓「异步 IO」，就是你发起一个 IO 操作，却不用等它结束，你可以继续做其他事情，当它结束时，你会得到通知。
Asyncio 是并发（concurrency）的一种方式。对 Python 来说，并发还可以通过线程（threading）和多进程（multiprocessing）来实现。
Asyncio 并不能带来真正的并行（parallelism）。当然，因为 GIL（全局解释器锁）的存在，Python 的多线程也不能带来真正的并行。
可交给 asyncio 执行的任务，称为协程（coroutine）。一个协程可以放弃执行，把机会让给其它协程（即 yield from 或 await）。
定义协程
协程的定义，需要使用 async def 语句。
async def do_some_work(x): pass
do_some_work 便是一个协程。
准确来说，do_some_work 是一个协程函数，可以通过 asyncio.iscoroutinefunction 来验证：
print(asyncio.iscoroutinefunction(do_some_work)) # True
这个协程什么都没做，我们让它睡眠几秒，以模拟实际的工作量 ：
async def do_some_work(x):
print("Waiting " + str(x))
await asyncio.sleep(x)
在解释 await 之前，有必要说明一下协程可以做哪些事。协程可以：
* 等待一个 future 结束
* 等待另一个协程（产生一个结果，或引发一个异常）
* 产生一个结果给正在等它的协程
* 引发一个异常给正在等它的协程
asyncio.sleep 也是一个协程，所以 await asyncio.sleep(x) 就是等待另一个协程。可参见 asyncio.sleep 的文档：
sleep(delay, result=None, *, loop=None)
Coroutine that completes after a given time (in seconds).
运行协程
调用协程函数，协程并不会开始运行，只是返回一个协程对象，可以通过 asyncio.iscoroutine 来验证：
print(asyncio.iscoroutine(do_some_work(3))) # True
此处还会引发一条警告：
async1.py:16: RuntimeWarning: coroutine 'do_some_work' was never awaited
print(asyncio.iscoroutine(do_some_work(3)))
要让这个协程对象运行的话，有两种方式：
* 在另一个已经运行的协程中用 `await` 等待它
* 通过 `ensure_future` 函数计划它的执行
简单来说，只有 loop 运行了，协程才可能运行。
下面先拿到当前线程缺省的 loop ，然后把协程对象交给 loop.run_until_complete，协程对象随后会在 loop 里得到运行。
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(do_some_work(3))
run_until_complete 是一个阻塞（blocking）调用，直到协程运行结束，它才返回。这一点从函数名不难看出。
run_until_complete 的参数是一个 future，但是我们这里传给它的却是协程对象，之所以能这样，是因为它在内部做了检查，通过 ensure_future 函数把协程对象包装（wrap）成了 future。所以，我们可以写得更明显一些：
loop.run_until_complete(asyncio.ensure_future(do_some_work(3)))
完整代码：
import asyncio
async def do_some_work(x):
print("Waiting " + str(x))
await asyncio.sleep(x)
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(do_some_work(3))
运行结果：
Waiting 3
<三秒钟后程序结束>
回调
假如协程是一个 IO 的读操作，等它读完数据后，我们希望得到通知，以便下一步数据的处理。这一需求可以通过往 future 添加回调来实现。
def done_callback(futu):
print('Done')
futu = asyncio.ensure_future(do_some_work(3))
futu.add_done_callback(done_callback)
loop.run_until_complete(futu)
多个协程
实际项目中，往往有多个协程，同时在一个 loop 里运行。为了把多个协程交给 loop，需要借助 asyncio.gather 函数。
loop.run_until_complete(asyncio.gather(do_some_work(1), do_some_work(3)))
或者先把协程存在列表里：
coros = [do_some_work(1), do_some_work(3)]
loop.run_until_complete(asyncio.gather(*coros))
运行结果：
Waiting 3
Waiting 1
<等待三秒钟>
Done
这两个协程是并发运行的，所以等待的时间不是 1 + 3 = 4 秒，而是以耗时较长的那个协程为准。
参考函数 gather 的文档：
gather(*coros_or_futures, loop=None, return_exceptions=False)
Return a future aggregating results from the given coroutines or futures.
发现也可以传 futures 给它：
futus = [asyncio.ensure_future(do_some_work(1)),
asyncio.ensure_future(do_some_work(3))]
loop.run_until_complete(asyncio.gather(*futus))
gather 起聚合的作用，把多个 futures 包装成单个 future，因为 loop.run_until_complete 只接受单个 future。
run_until_complete 和 run_forever
我们一直通过 run_until_complete 来运行 loop ，等到 future 完成，run_until_complete 也就返回了。
async def do_some_work(x):
print('Waiting ' + str(x))
await asyncio.sleep(x)
print('Done')
loop = asyncio.get_event_loop()
coro = do_some_work(3)
loop.run_until_complete(coro)
输出：
Waiting 3
<等待三秒钟>
Done
<程序退出>
现在改用 run_forever：
async def do_some_work(x):
print('Waiting ' + str(x))
await asyncio.sleep(x)
print('Done')
loop = asyncio.get_event_loop()
coro = do_some_work(3)
asyncio.ensure_future(coro)
loop.run_forever()
输出：
Waiting 3
<等待三秒钟>
Done
<程序没有退出>
三秒钟过后，future 结束，但是程序并不会退出。run_forever 会一直运行，直到 stop 被调用，但是你不能像下面这样调 stop：
loop.run_forever()
loop.stop()
run_forever 不返回，stop 永远也不会被调用。所以，只能在协程中调 stop：
async def do_some_work(loop, x):
print('Waiting ' + str(x))
await asyncio.sleep(x)
print('Done')
loop.stop()
这样并非没有问题，假如有多个协程在 loop 里运行：
asyncio.ensure_future(do_some_work(loop, 1))
asyncio.ensure_future(do_some_work(loop, 3))
loop.run_forever()
第二个协程没结束，loop 就停止了——被先结束的那个协程给停掉的。
要解决这个问题，可以用 gather 把多个协程合并成一个 future，并添加回调，然后在回调里再去停止 loop。
async def do_some_work(loop, x):
print('Waiting ' + str(x))
await asyncio.sleep(x)
print('Done')
def done_callback(loop, futu):
loop.stop()
loop = asyncio.get_event_loop()
futus = asyncio.gather(do_some_work(loop, 1), do_some_work(loop, 3))
futus.add_done_callback(functools.partial(done_callback, loop))
loop.run_forever()
其实这基本上就是 run_until_complete 的实现了，run_until_complete 在内部也是调用 run_forever。
Close Loop?
以上示例都没有调用 loop.close，好像也没有什么问题。所以到底要不要调 loop.close 呢？
简单来说，loop 只要不关闭，就还可以再运行。：
loop.run_until_complete(do_some_work(loop, 1))
loop.run_until_complete(do_some_work(loop, 3))
loop.close()
但是如果关闭了，就不能再运行了：
loop.run_until_complete(do_some_work(loop, 1))
loop.close()
loop.run_until_complete(do_some_work(loop, 3)) # 此处异常
建议调用 loop.close，以彻底清理 loop 对象防止误用。
gather vs. wait
asyncio.gather 和 asyncio.wait 功能相似。
coros = [do_some_work(loop, 1), do_some_work(loop, 3)]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(coros))
具体差别可请参见 StackOverflow 的讨论：Asyncio.gather vs asyncio.wait。
Timer
C++ Boost.Asio 提供了 IO 对象 timer，但是 Python 并没有原生支持 timer，不过可以用 asyncio.sleep 模拟。
async def timer(x, cb):
futu = asyncio.ensure_future(asyncio.sleep(x))
futu.add_done_callback(cb)
await futu
t = timer(3, lambda futu: print('Done'))
loop.run_until_complete(t)
第一部分完。
看完本文有收获？请转发分享给更多人
关注「Python开发者」，提升Python技能