Python 异步编程

本文讲解基于 asyncio 的协程模型：事件循环、async/await、任务并发与常见陷阱。

作者：yanshaodong

为什么需要异步

同步代码中遇到 I/O（网络、磁盘）时线程会阻塞等待。异步通过协程在等待期间让出控制权，从而以单线程并发处理大量 I/O 任务，提升吞吐。

协程基础

import asyncio

async def fetch_data():
    await asyncio.sleep(1)    # 模拟 I/O，让出控制权
    return "data"

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

asyncio.run(main())

• async def 定义协程函数，调用返回协程对象而非立即执行。
• await 挂起当前协程，直到可等待对象完成。
• asyncio.run() 创建事件循环并运行顶层协程。

并发执行任务

async def task(name, delay):
    await asyncio.sleep(delay)
    return f"{name} 完成"

async def main():
    # 并发：同时启动，总耗时取最长
    results = await asyncio.gather(
        task("A", 1),
        task("B", 2),
        task("C", 3),
    )
    print(results)   # ['A 完成', 'B 完成', 'C 完成']

gather 并发运行多个协程，约 3 秒完成（而非 1+2+3）。

Task 与 create_task

async def main():
    t1 = asyncio.create_task(task("A", 1))
    t2 = asyncio.create_task(task("B", 2))
    await t1
    await t2

create_task 立即调度协程为任务，适合在 await 之前就启动。

超时与取消

async def main():
    try:
        await asyncio.wait_for(task("X", 5), timeout=2)
    except asyncio.TimeoutError:
        print("超时")

    t = asyncio.create_task(task("Y", 10))
    t.cancel()
    try:
        await t
    except asyncio.CancelledError:
        print("已取消")

同步原语

lock = asyncio.Lock()

async def safe_inc():
    async with lock:
        # 临界区，同一时刻仅一个协程进入
        ...

还提供 asyncio.Event、asyncio.Queue、asyncio.Semaphore 等。

异步上下文管理器与迭代器

class Conn:
    async def __aenter__(self):
        print("连接")
        return self
    async def __aexit__(self, *exc):
        print("关闭")

async def main():
    async with Conn():
        await asyncio.sleep(0.1)

与同步代码互操作

• 在同步函数中调用异步：asyncio.run(coro) 或 loop.run_until_complete。
• 在异步中运行阻塞调用：用 asyncio.to_thread(blocking_func) 避免阻塞事件循环。
• 不要在协程里用同步 time.sleep()，应使用 await asyncio.sleep()。

常见陷阱

1. 忘记 await：协程对象不执行，仅被创建。
2. 混用阻塞 I/O：在事件循环中调用同步阻塞函数会卡住所有协程。
3. 在同步函数里直接调用协程：需通过 asyncio.run 或事件循环驱动。

小结

• 异步适合 I/O 密集型，不适合 CPU 密集型（用多进程）。
• async/await 是语法糖，底层是事件循环调度协程。
• gather / create_task 实现并发；wait_for 控制超时。
• 阻塞调用务必 to_thread 或异步库（如 aiohttp、asyncpg）。