关于程序员:Python异步-什么时候使用异步3

从狭义上讲，Asyncio 是新的、风行的、探讨宽泛的和令人兴奋的。然而，对于何时应该在我的项目中采纳它存在很多困惑。

咱们什么时候应该在 Python 中应用 asyncio？

1. 在 Python 中应用 Asyncio 的起因

在 Python 我的项目中应用 asyncio 可能有 3 个起因：

1. 应用 asyncio 以便在您的程序中采纳协程。
2. 应用 asyncio 以应用异步编程范例。
3. 应用 asyncio 以应用非阻塞 I/O。

1.1. 应用协程

咱们可能会抉择应用 asyncio，因为咱们要应用协程。咱们可能想要应用协程，因为咱们的程序中能够有比并发线程更多的并发协程。协程是另一个并发单元，就像线程和过程一样。

基于线程的并发由线程模块提供，并由底层操作系统反对。它实用于阻塞 I/O 工作，例如从文件、套接字和设施读取和写入。

基于过程的并发由 multiprocessing 模块提供，也由底层操作系统反对，如线程。它实用于不须要太多过程间通信的 CPU 绑定工作，例如计算工作。

协程是 Python 语言和运行时（规范解释器）提供的代替计划，并由 asyncio 模块进一步反对。它们实用于具备子过程和套接字的非阻塞 I/O，然而，阻塞 I/O 和 CPU 绑定工作能够在幕后应用线程和过程以模仿非阻塞形式应用。

最初一点是奥妙而要害的。尽管咱们能够抉择应用协同程序来实现它们引入 Python 的非阻塞性能，但实际上咱们能够将它们用于任何工作。如果咱们违心，任何应用线程或过程编写的程序都能够重写或应用协程编写。

线程和过程通过操作系统抉择哪些线程和过程应该运行、何时运行以及运行多长时间来实现多任务处理。操作在线程和过程之间疾速切换，挂起那些未运行的并复原那些被授予运行工夫的。这称为抢占式多任务处理。

Python 中的协程提供了另一种多任务处理类型，称为合作多任务处理。协程是能够挂起和复原的子例程（函数）。它由 await 表达式暂停，并在 await 表达式解析后复原。这容许协程通过设计进行单干，抉择如何以及何时暂停它们的执行。它是一种代替的、乏味的、弱小的并发办法，不同于基于线程和基于过程的并发。仅这一点就可能成为在我的项目中采纳它的理由。协程的另一个要害方面是它们是轻量级的。

它们比线程更轻量级。这意味着它们启动速度更快，应用的内存更少。实质上，协程是一种非凡类型的函数，而线程由 Python 对象示意，并与操作系统中的线程相关联，该对象必须与之交互。因而，咱们可能在一个 Python 程序中有数千个线程，但咱们很容易在一个线程中领有数万或数十万个协程。

咱们可能会抉择协程，因为它们具备可扩展性。

1.2. 应用异步编程

咱们可能会抉择应用 asyncio，因为咱们想在咱们的程序中应用异步编程。也就是说，咱们要开发一个应用异步编程范式的 Python 程序。异步意味着不同时，与同步或同时相同。在编程时，异步意味着申请动作，只管在申请时并未执行。它稍后执行。异步编程通常意味着全力以赴并围绕异步函数调用和工作的概念设计程序。尽管还有其余办法能够实现异步编程的元素，但 Python 中的残缺异步编程须要应用协程和 asyncio 模块。

咱们可能会抉择应用 asyncio，因为咱们想在咱们的程序中应用异步编程模块，这是一个有情理的理由。明确地说，这个起因与应用非阻塞 I/O 无关。异步编程能够独立于非阻塞 I/O 应用。正如咱们之前看到的，协程能够异步执行非阻塞 I/O，然而 asyncio 模块还提供了以异步形式执行阻塞 I/O 和 CPU 绑定工作的工具，通过线程在幕后模仿非阻塞和过程。

1.3. 应用非阻塞 I/O

咱们可能会抉择应用 asyncio，因为咱们心愿或须要在咱们的程序中应用非阻塞 I/O。Input/Output 或简称 I/O 是指从资源读取或写入。

常见的例子包含：

• 硬盘驱动器：读取、写入、追加、重命名、删除等文件。
• 外设：鼠标、键盘、屏幕、打印机、串口、摄像头等。
• 互联网：下载和上传文件、获取网页、查问 RSS 等。
• 数据库：抉择、更新、删除等 SQL 查问。
• 电子邮件：发送邮件、接管邮件、查问收件箱等。

与用 CPU 计算事物相比，这些操作很慢。这些操作在程序中的常见实现形式是收回读或写申请，而后期待发送或接收数据。因而，这些操作通常称为阻塞 I/O 工作。操作系统能够看到调用线程被阻塞，并将上下文切换到另一个将应用 CPU 的线程。这意味着阻塞调用不会减慢整个零碎的速度。但它的确会进行或阻塞进行阻塞调用的线程或程序。

非阻塞 I/O 是阻塞 I/O 的代替计划。它须要底层操作系统的反对，就像阻塞 I/O 一样，所有古代操作系统都提供对某种模式的非阻塞 I/O 的反对。非阻塞 I/O 容许读取和写入调用作为异步申请进行。操作系统将解决申请并在后果可用时告诉调用程序。

• 非阻塞 I/O：通过异步申请和响应执行 I/O 操作，而不是期待操作实现。

因而，咱们能够看到非阻塞 I/O 与异步编程的关系。实际上，咱们通过异步编程来应用非阻塞 I /O，或者通过异步编程实现非阻塞 I /O。

非阻塞 I/O 与异步编程的联合是如此广泛，以至于它通常被简称为异步 I/O。

• 异步 I/O：一种简写，指的是将异步编程与非阻塞 I/O 相结合。

增加 Python 中的 asyncio 模块专门用于向 Python 规范库增加对子过程（例如在操作系统上执行命令）和流（例如 TCP 套接字编程）的非阻塞 I/O 的反对。咱们能够应用线程和 Python 线程池或线程池执行器提供的异步编程能力来模仿非阻塞 I/O。asyncio 模块通过协同程序、事件循环和对象来为非阻塞 I/O 提供一流的异步编程，以示意非阻塞子过程和流。

2. 应用 Asyncio 的其余起因

现实状况下，咱们会抉择一个在我的项目要求的上下文中失去辩护的理由。有时咱们能够管制性能和非性能需要，有时则不能。在咱们这样做的状况下，咱们可能会出于上述起因之一抉择应用 asyncio。在咱们不这样做的状况下，咱们可能会被疏导抉择 asyncio 以交付解决特定问题的程序。

咱们可能应用 asyncio 的其余一些起因包含：

1. 应用 asyncio 是因为其他人为您做出了决定。
2. 应用 asyncio，因为你退出的我的项目曾经在应用它。
3. 应用 asyncio 是因为您想理解更多无关它的信息。

咱们并不总是可能齐全管制咱们从事的我的项目。开始一项新工作、新角色或新我的项目并由直线经理或首席架构师告知特定设计和技术决策是很常见的。

咱们可能会在我的项目上应用 asyncio，因为我的项目曾经在应用它。您必须应用 asyncio，而不是您抉择应用 asyncio。咱们可能会在我的项目上应用 asyncio，因为我的项目曾经在应用它。您必须应用 asyncio，而不是您抉择应用 asyncio。

一个相干示例可能是您心愿采纳的应用 asyncio 的问题的解决方案：

1. 兴许您须要应用第三方 API，并且代码示例应用 asyncio。
2. 兴许您须要集成一个应用 asyncio 的现有开源解决方案。
3. 兴许您偶尔发现了一些能够满足您须要的代码片段，但它们应用的是 asyncio。

因为不足代替解决方案，asyncio 可能会因您抉择的解决方案而强加给您。

您可能会抉择采纳 asyncio 只是因为您想尝试一下，这可能是一个理由。在我的项目中应用 asyncio 将使它的工作形式具体化。

3. 何时不应用 Asyncio

咱们花了很多工夫来钻研为什么咱们应该应用 asyncio。至多花点工夫理解为什么咱们不应该应用它可能是个好主见。不应用 asyncio 的一个起因是您无奈应用上述起因之一来保卫它的应用。这并非十拿九稳。可能还有其余应用它的起因，下面没有列出。然而，如果你抉择一个应用 asyncio 的理由，而这个理由对你的具体情况来说感觉很单薄或充斥破绽。兴许 asyncio 不是正确的解决方案。我认为不应用 asyncio 的次要起因是它没有提供您认为的益处。

对于 Python 并发性存在许多误会，尤其是围绕 asyncio：

1. Asyncio 将围绕全局解释器锁工作。
2. Asyncio 比线程更快。
3. Asyncio 防止了对互斥锁和其余同步原语的须要。
4. Asyncio 比线程更容易应用。

以上都是谬误的了解！

依照设计，一次只能运行一个协程，它们合作执行。这就像 GIL 下的线程一样。事实上，GIL 是一个正交问题，在大多数状况下应用 asyncio 时可能无关紧要。任何你能够用 asyncio 编写的程序，你都能够用线程编写，而且它可能会一样快或更快。它也可能更简略，更容易被其余开发人员浏览和解释。您可能会想到线程的任何并发故障模式，您都可能会遇到协程。您必须使协同程序免受死锁和竞争条件的影响，就像线程一样。

不应用 asyncio 的另一个起因是你不喜爱异步编程。

异步编程在许多不同的编程社区中风行了一段时间，最驰名的是 JavaScript 社区。它不同于过程式、面向对象和函数式编程，一些开发人员就是不喜爱它。

当初咱们曾经相熟了何时应用 asyncio，让咱们更具体地理解协程。

本文由 mdnice 多平台公布