【python】详解异步async库的使用

在学习asyncio之前，先理清楚同步/异步的概念：

同步是指完成事务的逻辑，先执行第一个事务，如果阻塞了，会一直等待，直到这个事务完成，再执行第二个事务，顺序执行
异步是和同步相对的，异步是指在处理调用这个事务的之后，不会等待这个事务的处理结果，直接处理第二个事务去了，通过状态、通知、回调来通知调用者处理结果

asyncio函数：

异步IO采用消息循环的模式，重复“读取消息—处理消息”的过程，也就是说异步IO模型”需要一个消息循环，在消息循环中，主线程不断地重复“读取消息-处理消息”这一过程。

event_loop 事件循环：程序开启一个无限的循环，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。
async/await 关键字：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。

一、asyncio

下面通过举例来对比同步代码和异步代码编写方面的差异，其次看下两者性能上的差距，使用asyncio.sleep(1)模拟耗时1秒的io操作。

同步代码：

import time

def hello():
    time.sleep(1)

def run():
    for i in range(5):
        hello()
        print('Hello World:%s' % time.time())  
if __name__ == '__main__':
    run()

Hello World:1536842494.2786784
Hello World:1536842495.2796268
Hello World:1536842496.2802596
Hello World:1536842497.2804587
Hello World:1536842498.2812462

异步代码：

import time
import asyncio

# 定义异步函数
async def hello():
    print('Hello World:%s' % time.time())
    #必须使用await，不能使用yield from；如果是使用yield from ，需要采用@asyncio.coroutine相对应
    await asyncio.sleep(1)   
    print('Hello wow World:%s' % time.time())

def run():
    tasks = []
    for i in range(5):
        tasks.append(hello())
    loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

loop = asyncio.get_event_loop()
if __name__ =='__main__':
    run()

Hello World:1536855050.1950748
Hello World:1536855050.1950748
Hello World:1536855050.1950748
Hello World:1536855050.1960726
Hello World:1536855050.1960726
(暂停约1秒)
Hello wow World:1536855051.1993241
Hello wow World:1536855051.1993241
Hello wow World:1536855051.1993241
Hello wow World:1536855051.1993241
Hello wow World:1536855051.1993241

async def 用来定义异步函数，其内部有异步操作。每个线程有一个事件循环，主线程调用asyncio.get_event_loop()时会创建事件循环，把异步的任务丢给这个循环的run_until_complete()方法，事件循环会安排协同程序的执行。上述程序中，hello()会首先打印出Hello world!，然后，yield from语法可以让我们方便地调用另一个generator。由于await asyncio.sleep(1)也是一个coroutine，所以线程不会等待asyncio.sleep(1)，而是直接中断并执行下一个消息循环。当asyncio.sleep(1)返回时，线程就可以从yield from拿到返回值（此处是None），然后接着执行下一行语句。

把asyncio.sleep(1)看成是一个耗时1秒的IO操作，在此期间，主线程并未等待，而是去执行EventLoop中其他可以执行的coroutine了，因此可以实现并发执行。

asyncio操作的总结：

async def hello(): 定义async异步函数，中间可以添加await async.sleep(N) 来设定中断并执行下一个循环消息
tasks = [] 任务则是对协程进一步封装，其中包含任务的各种状态。即多个coroutine函数可以封装成一组Task然后并发执行
loop = asyncio.get_event_loop() #获取“事件循环”对象
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks)) #通过事件循环，去调用协程函数
loop.close() 结束时间循环

二、aiohttp

　　如果需要并发http请求，通常是用requests，但requests是同步的库，如果想异步的话需要引入aiohttp。这里引入一个类，from aiohttp import ClientSession，首先要建立一个session对象，然后用session对象去打开网页。session可以进行多项操作，比如post, get, put, head等。

基本用法：

async with ClientSession() as session:
    async with session.get(url) as response:

aiohttp异步实现的例子：

import asyncio
from aiohttp import ClientSession

tasks = []
url = "https://www.baidu.com/{}"
async def hello(url):
    async with ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
            response = await response.read()
            print(response)

if __name__ == '__main__':
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(hello(url))

首先async def 关键字定义了这是个异步函数，await 关键字加在需要等待的操作前面，response.read()等待request响应，是个耗IO操作。然后使用ClientSession类发起http请求。

多链接异步访问

如果我们需要请求多个URL该怎么办呢，同步的做法访问多个URL只需要加个for循环就可以了。但异步的实现方式并没那么容易，在之前的基础上需要将hello()包装在asyncio的Future对象中，然后将Future对象列表作为任务传递给事件循环。

import time
import asyncio
from aiohttp import ClientSession

tasks = []
url = "https://www.baidu.com/{}"
async def hello(url):
    async with ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
            response = await response.read()
            print('Hello World:%s' % time.time())

def run():
    for i in range(5):
        task = asyncio.ensure_future(hello(url.format(i)))
        tasks.append(task)


if __name__ == '__main__':
    loop = asyncio.get_event_loop()
    run()
    loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

Hello World:1536843566.064149
Hello World:1536843566.070586
Hello World:1536843566.0769563
Hello World:1536843566.0779328
Hello World:1536843566.0799286

·收集http响应

好了，上面介绍了访问不同链接的异步实现方式，但是我们只是发出了请求，如果要把响应一一收集到一个列表中，最后保存到本地或者打印出来要怎么实现呢，可通过asyncio.gather(*tasks)将响应全部收集起来

import time
import asyncio
from aiohttp import ClientSession

tasks = []
url = "https://www.baidu.com/{}"
async def hello(url):
    async with ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
#            print(response)
            print('Hello World:%s' % time.time())
            return await response.read()

def run():
    for i in range(5):
        task = asyncio.ensure_future(hello(url.format(i)))
        tasks.append(task)
    result = loop.run_until_complete(asyncio.gather(*tasks))
    print(result)

if __name__ == '__main__':
    loop = asyncio.get_event_loop()
    run()

Hello World:1536843488.678779
Hello World:1536843488.6797836
Hello World:1536843488.6867576
Hello World:1536843488.6877556
Hello World:1536843488.6877556