asyncio简介

asyncio是Python的标准库，用于编写单线程并发代码，基于协程（coroutines）、事件循环（event loop）和非阻塞I/O操作。它适用于I/O密集型任务（如网络请求、文件读写），而非CPU密集型任务。

核心组件

事件循环（Event Loop）
事件循环是asyncio的核心，负责调度和执行协程任务。通过asyncio.run()或直接管理事件循环对象启动。

协程（Coroutines）
使用async def定义的函数称为协程，可通过await暂停执行，等待其他协程或I/O操作完成。

任务（Tasks）
协程通过asyncio.create_task()包装为任务，由事件循环调度执行。任务可追踪协程状态。

Future对象
低级可等待对象，表示异步操作的最终结果，通常由任务封装。

基本用法

定义协程

import asyncio

async def hello():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")

运行协程

asyncio.run(hello())  # Python 3.7+

并发执行任务

async def task_one():
    await asyncio.sleep(2)
    return "Task 1 done"

async def task_two():
    await asyncio.sleep(1)
    return "Task 2 done"

async def main():
    task1 = asyncio.create_task(task_one())
    task2 = asyncio.create_task(task_two())
    results = await asyncio.gather(task1, task2)
    print(results)  # ['Task 1 done', 'Task 2 done']

高级功能

超时控制

async def long_running_task():
    await asyncio.sleep(10)

async def main():
    try:
        await asyncio.wait_for(long_running_task(), timeout=5)
    except asyncio.TimeoutError:
        print("Task timed out")

队列（Queue）
生产者-消费者模式：

async def producer(queue):
    for i in range(5):
        await queue.put(i)
        await asyncio.sleep(1)

async def consumer(queue):
    while True:
        item = await queue.get()
        print(f"Consumed: {item}")
        queue.task_done()

async def main():
    queue = asyncio.Queue()
    await asyncio.gather(producer(queue), consumer(queue))

同步原语
如锁（Lock）、信号量（Semaphore）：

lock = asyncio.Lock()

async def safe_update():
    async with lock:
        # 临界区代码
        pass

常见问题

阻塞代码破坏并发
避免在协程中调用同步阻塞函数（如time.sleep()），需使用asyncio.sleep()或loop.run_in_executor()。

事件循环策略
在Jupyter等环境中可能需要手动管理事件循环：

import nest_asyncio
nest_asyncio.apply()

适用场景

• 高并发网络请求（HTTP API、WebSockets）。
• 异步数据库驱动（如asyncpg、aiomysql）。
• 微服务间通信。

性能优化

• 使用uvloop替代默认事件循环（非Windows平台）。
• 避免频繁创建/销毁任务，复用连接池。

通过合理设计协程和任务调度，asyncio可显著提升I/O密集型应用的吞吐量。