一、初识asyncio协程

初识asyncio协程

一、基本概念

​ 要想了解学习协程相关知识要先对以下几个概念先行了解：

• 阻塞

  ​ 阻塞状态是指程序未得到某所需计算资源时的挂起状态，简单说就是程序在等待某个操作未执行完前无法执行其他操作。

• 非阻塞

  ​ 非阻塞状态是指在等待某项操作执行完前可以继续运行其他操作，也就是不会被阻塞。

• 同步

  ​ 不同程序单元为了完成某项任务，在执行过程中以某种通信方式保证协调一致，假如有一个售票窗口，你必须等前面的人买完票，轮到你才能买，简言之同步意味着有序。

• 异步

  ​ 不同程序单元为了完成某项任务，在执行过程中无需进行通信也能完成任务，例如爬虫，只要抓取目标url即可，无需关心其它抓取目标，简言之异步意味着无序。

• 并发

  ​ 简单说就是操作系统在处理多个任务时快速切换，例如你在看电视时来电话了，此时你选择关闭电视，接完电话再打开看，这样的过程就是并发；

• 并行

  ​ 简单说就是操作系统同时处理多个任务，例如你在看电视时来电话了，此时你选择边看电视边接电话，这样的过程就是并行。

• 协程

  ​ 协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此协程能保留上一次调用时的状态，即所有局部状态的一个特定组合，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。

二、asyncio 异步i/o

​ asyncio是用来编写并发代码的库，被用作多个提供高性能异步框架的基础，往往是构建i/o密集型和高层级结构化网络代码的最佳选择。

​ 在了解asyncio的使用方法前，首先有必要先介绍一下，这几个贯穿始终的概念：

• event_loop事件循环：程序开启一个无限的事件循环，程序员会把一些函数注册到事件循环上。当满足事件发生的时候，调用相应的协程函数。

• coroutine协程：协程对象，指一个使用async关键字定义的函数，它的调用不会立即执行函数，而是会返回一个协程对象。协程对象需要注册到事件循环，由事件循环调用。

• task任务：一个协程对象就是一个原生可以挂起的函数，任务则是对协程进一步封装，其中包含任务的各种状态。

• future对象：代表将来执行或没有执行的任务的结果，与task没有本质上的区别。

• async/await关键字：python3.5 用于定义协程的关键字，async定义一个协程，await用于挂起阻塞的异步调用接口。

三、定义一个协程

​ 干看概念总归是难以理解并记住的，下面动手来实现一个协程

from collection.abc import coroutine

async def a(name):
    print('hello',name)

if __name__ == '__main__':
    test = a('world')   # 输出 hello world
    print(isinstance(test,coroutine))  # 输出 true

通过以上的实例我们就完成了一个最简单的协程，可以发现其与普通函数不同的仅仅是在函数名前加了async

四、协程的工作流程

一个完整的协程工作流程如下：

• 定义/创建一个协程对象

• 将协程转为task任务
• 定义事件循环容器

• 将task任务放到事件循环容器触发

参照下面示例可以完整了解这个流程：

import asyncio

async def a(name):  # 定义一个协程
    print('hello',name)

if __name__ == "__main__":
    coroutine = a('world')  # 第一步，定义一个协程对象
    task = asyncio.ensure_future(coroutine)  # 第二步，将协程转换成task任务
    loop = asyncio.get_event_loop()  # 第三步，定义一个事件循环容器
    loop.run_until_complete(task)  # 第四步，将task任务放到事件循环容器

五、阻塞和await

​ 在程序运行过程中遇到耗时的操作时会挂起该协程，转而执行别的协程，当挂起的协程运行完毕时再从别的协程切换回去，不等当前这个协程运没运行完毕。举个例子：假如有协程a和协程b，当协程a遇到阻塞耗时的操作时便转向运行协程b，当协程a的耗时操作结束再从协程b切换回去，不管协程b有没有运行完毕。

​ 由前面asyncio的概念可以知道，使用await可以挂起一个协程。

import asyncio

async def a(name):
    await asyncio.sleep(3)  # 模拟耗时的操作，不用time.sleep是因为time模块不支持异步
    print('hello',name)
    
if __name__ == "__main__":
    coroutine = a('world')
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(coroutine)

补充说明await后面的对象必须的格式：

• 原生协程（coroutine）对象
• 一个由types.coroutine()修饰的生成器
• 一个包含_await方法的对象返回的一个迭代器
  简言之就是协程，任务，future三种

总结：至此我们已经初步了解了什么是异步，什么是asyncio，以及协程的工作流程，并进行了实践。