Python开发从入门到精通：异步编程与协程

Ne0inhk

— 7 min read
Python开发从入门到精通：异步编程与协程

《Python开发从入门到精通》设计指南第二十一篇：异步编程与协程

在这里插入图片描述

一、学习目标与重点

💡 学习目标：掌握Python异步编程的基本概念和方法，包括协程、任务调度、事件循环等；学习asyncio、aiohttp等核心库的使用；通过实战案例开发异步应用程序。
⚠️ 学习重点：协程的定义与使用、任务调度、事件循环、asyncio库、aiohttp库、异步编程实战。

21.1 异步编程概述

21.1.1 什么是异步编程

异步编程是一种并发编程方式，通过非阻塞的操作提高程序的执行效率。在异步编程中，程序可以在等待I/O操作完成时继续执行其他任务，而不需要阻塞等待。

21.1.2 异步编程的优势

  • 提高执行效率：在等待I/O操作完成时，程序可以继续执行其他任务。
  • 降低资源消耗：减少了线程切换的开销。
  • 简化代码结构：通过协程和任务调度，代码结构更加简洁。

21.1.3 异步编程的应用场景

  • 网络通信：如HTTP请求、Web服务器、WebSocket通信等。
  • 文件操作：如大文件的读取和写入。
  • 数据库操作：如异步数据库查询。

21.2 协程的定义与使用

21.2.1 协程的定义

协程（Coroutine）是一种轻量级的线程，可以在程序中进行暂停和恢复。在Python中，协程可以通过async def关键字定义。

21.2.2 协程的使用

import asyncio # 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')# 运行协程 asyncio.run(hello())

21.2.3 协程的暂停与恢复

import asyncio # 定义协程asyncdefcount():print('Counting...')await asyncio.sleep(1)print('Counted!')# 运行多个协程asyncdefmain():await asyncio.gather(count(), count(), count()) asyncio.run(main())

21.3 任务调度

21.3.1 创建任务

import asyncio # 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')# 创建任务asyncdefmain(): task1 = asyncio.create_task(hello()) task2 = asyncio.create_task(hello())await task1 await task2 asyncio.run(main())

21.3.2 任务的取消

import asyncio # 定义协程asyncdefhello():try:print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')except asyncio.CancelledError:print('Task cancelled!')# 创建任务并取消asyncdefmain(): task = asyncio.create_task(hello())await asyncio.sleep(0.5) task.cancel()try:await task except asyncio.CancelledError:print('Main: Task cancelled!') asyncio.run(main())

21.3.3 任务的超时

import asyncio # 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(2)print('Hello again!')# 任务超时asyncdefmain():try:await asyncio.wait_for(hello(), timeout=1)except asyncio.TimeoutError:print('Task timed out!') asyncio.run(main())

21.4 事件循环

21.4.1 事件循环的概述

事件循环是异步编程的核心组件，负责调度任务的执行。事件循环会不断地从任务队列中取出任务并执行，直到任务队列为空。

21.4.2 获取事件循环

import asyncio # 获取事件循环 loop = asyncio.get_event_loop()# 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')# 运行协程 loop.run_until_complete(hello())

21.4.3 事件循环的运行

import asyncio # 获取事件循环 loop = asyncio.get_event_loop()# 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')# 运行多个协程 loop.run_until_complete(asyncio.gather(hello(), hello(), hello()))

21.5 asyncio库

21.5.1 asyncio的基本用法

import asyncio # 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')# 运行协程 asyncio.run(hello())

21.5.2 asyncio的常用函数

  • asyncio.run()：运行协程。
  • asyncio.create_task()：创建任务。
  • asyncio.gather()：收集多个协程的结果。
  • asyncio.wait_for()：等待协程完成，设置超时。
  • asyncio.sleep()：暂停协程。

21.5.3 asyncio的高级用法

import asyncio # 定义协程asyncdefhello():print('Hello, World!')await asyncio.sleep(1)print('Hello again!')# 使用Future对象asyncdefmain(): future = asyncio.Future() task = asyncio.create_task(hello()) task.add_done_callback(lambda t: future.set_result(t.result()))await future asyncio.run(main())

21.6 aiohttp库

21.6.1 安装aiohttp

pip install aiohttp

21.6.2 发送HTTP请求

import aiohttp import asyncio # 发送GET请求asyncdeffetch(session, url):asyncwith session.get(url)as response:returnawait response.text()asyncdefmain():asyncwith aiohttp.ClientSession()as session: html =await fetch(session,'https://www.example.com')print(html) asyncio.run(main())

21.6.3 发送POST请求

import aiohttp import asyncio import json # 发送POST请求asyncdefpost_data(session, url, data):asyncwith session.post(url, data=data)as response:returnawait response.text()asyncdefmain():asyncwith aiohttp.ClientSession()as session: data ={'name':'张三','age':25} response =await post_data(session,'https://httpbin.org/post', data)print(response) asyncio.run(main())

21.6.4 发送JSON请求

import aiohttp import asyncio import json # 发送JSON请求asyncdefpost_json(session, url, data):asyncwith session.post(url, json=data)as response:returnawait response.text()asyncdefmain():asyncwith aiohttp.ClientSession()as session: data ={'name':'张三','age':25} response =await post_json(session,'https://httpbin.org/post', data)print(response) asyncio.run(main())

21.7 实战案例：异步HTTP客户端

21.7.1 需求分析

开发一个异步HTTP客户端，支持以下功能：

  • 发送HTTP请求。
  • 并发发送多个HTTP请求。
  • 处理响应数据。

21.7.2 代码实现

import aiohttp import asyncio import time # 发送HTTP请求asyncdeffetch(session, url): start_time = time.time()asyncwith session.get(url)as response: text =await response.text() elapsed_time = time.time()- start_time return url,len(text), elapsed_time # 并发发送HTTP请求asyncdefmain(): urls =['https://www.example.com','https://www.google.com','https://www.github.com','https://www.python.org','https://www.djangoproject.com']asyncwith aiohttp.ClientSession()as session: tasks =[asyncio.create_task(fetch(session, url))for url in urls] results =await asyncio.gather(*tasks)for url, length, elapsed_time in results:print(f'URL: {url}, 响应长度: {length}, 耗时: {elapsed_time:.2f}秒')# 运行程序if __name__ =='__main__': start_time = time.time() asyncio.run(main()) elapsed_time = time.time()- start_time print(f'总耗时: {elapsed_time:.2f}秒')

21.7.3 实施过程

  1. 安装aiohttp库。
  2. 定义发送HTTP请求的协程函数。
  3. 定义并发发送HTTP请求的协程函数。
  4. 运行程序。

21.7.4 最终效果

通过异步HTTP客户端，我们可以实现以下功能：

  • 发送HTTP请求。
  • 并发发送多个HTTP请求。
  • 处理响应数据。

21.8 实战案例：异步Web服务器

21.8.1 需求分析

开发一个异步Web服务器，支持以下功能：

  • 处理HTTP请求。
  • 提供静态文件服务。
  • 实现简单的API接口。

21.8.2 代码实现

from aiohttp import web import asyncio # 处理根路径请求asyncdefhandle_root(request):return web.Response(text='Hello, World!')# 处理API接口请求asyncdefhandle_api(request): data ={'name':'张三','age':25}return web.json_response(data)# 提供静态文件服务asyncdefhandle_static(request):return web.FileResponse('static/index.html')# 创建Web应用asyncdefcreate_app(): app = web.Application()# 添加路由 app.add_routes([ web.get('/', handle_root), web.get('/api', handle_api), web.get('/static/{name}', handle_static)])return app # 运行Web服务器if __name__ =='__main__': asyncio.run(web.run_app(create_app(), host='localhost', port=8080))

21.8.3 实施过程

  1. 安装aiohttp库。
  2. 定义处理HTTP请求的协程函数。
  3. 创建Web应用。
  4. 添加路由。
  5. 运行Web服务器。

21.8.4 最终效果

通过异步Web服务器，我们可以实现以下功能：

  • 处理HTTP请求。
  • 提供静态文件服务。
  • 实现简单的API接口。

总结

✅ 本文详细介绍了Python异步编程的基本概念和方法，包括协程、任务调度、事件循环等；学习了asyncio、aiohttp等核心库的使用；通过实战案例开发了异步HTTP客户端和异步Web服务器。
✅ 建议读者在学习过程中多练习，通过编写代码加深对知识点的理解。

Read more

Java 中间件：RocketMQ 定时消息（延迟级别配置）

Java 中间件：RocketMQ 定时消息（延迟级别配置）

👋 大家好，欢迎来到我的技术博客！ 📚 在这里，我会分享学习笔记、实战经验与技术思考，力求用简单的方式讲清楚复杂的问题。 🎯 本文将围绕Java中间件这个话题展开，希望能为你带来一些启发或实用的参考。 🌱 无论你是刚入门的新手，还是正在进阶的开发者，希望你都能有所收获！ 文章目录 * Java 中间件：RocketMQ 定时消息（延迟级别配置） 🚀 * 什么是 RocketMQ 延迟消息？⏳ * 延迟级别（Delay Level）详解 * RocketMQ 延迟消息的工作原理 🔧 * 准备工作：搭建 RocketMQ 环境 🛠️ * Java 代码示例：发送延迟消息 📤 * Maven 依赖 * 生产者代码 * 消费者代码 * 运行效果 * 自定义延迟级别 ⚙️ * 修改 Broker 配置 * 验证自定义级别 * 延迟消息的使用限制与注意事项 ⚠️ * 1. 不支持任意时间延迟 * 2. 延迟精度问题 * 3. 消息大小限制

By Ne0inhk
从Oracle到金仓KES：PL/SQL兼容性与高级JSON处理实战解析

从Oracle到金仓KES：PL/SQL兼容性与高级JSON处理实战解析

摘要：上半年突然收到通知，我们做的政府项目要求迁移数据库到KingbaseES，一开始没听说过这个数据库有点慌，经过一番学习觉得是国产很优秀数据库，金仓KES数据库深度兼容Oracle PL/SQL语法，支持存储过程、函数、包等高级特性，可平滑迁移核心业务逻辑。同时提供原生JSON支持和丰富函数，满足现代数据处理需求。通过KDTS/KDMS工具评估兼容性，进行充分测试和性能调优，金仓KES是企业数据库国产化替代的可靠选择。 引言：为什么PL/SQL兼容性是国产化迁移的“定心丸”？ 在金融、政务、能源等关键行业的数据库国产化替代浪潮中，Oracle数据库的迁移是重中之重，也是难度最大的环节之一。其中，承载了核心业务逻辑的存储过程、函数、触发器等PL/SQL代码，因其复杂性和对数据库引擎的强依赖性，常常成为迁移路上最大的“拦路虎”。作为中国电子科技集团（CETC）旗下的核心数据库企业，电科金仓 的拳头产品——金仓KES数据库，将高兼容度的PL/SQL支持作为其核心能力，旨在从根本上降低迁移成本，保障业务平滑过渡。 本文将从实战角度，深度剖析金仓KES对Oracle风格PL/SQL的兼

By Ne0inhk
Spring WebFlux核心原理-对比Servlet与响应式模型

Spring WebFlux核心原理-对比Servlet与响应式模型

目录 🎯 我踩过的坑 ✨ 摘要 1. 别急着用WebFlux，先搞清楚这两个问题 1.1 什么时候该用WebFlux？ 1.2 性能神话 vs 现实 2. 线程模型：一个线程 vs 少量线程 2.1 Servlet的"一个请求一个线程" 2.2 WebFlux的"事件循环" 3. 请求处理流程对比 3.1 Spring MVC的请求处理链 3.2 WebFlux的请求处理链 4. 内存管理：堆内 vs 堆外 4.1 Servlet的内存模型 4.2

By Ne0inhk