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Python中async协程快速理解

news 来源：原创 2025/6/16 11:28:44

1. `async` 关键字：定义协程

当你在一个函数定义前加上 async def 时，你就创建了一个 协程函数。
协程函数被调用时，它不会立即执行里面的代码，而是返回一个 协程对象。这个协程对象是一个可等待 (awaitable) 的对象。

示例：

async def my_coroutine():print("开始执行协程")await asyncio.sleep(1) # 模拟耗时操作print("协程执行完毕")

2. `await` 关键字：暂停与等待

await 关键字只能在 async 函数内部使用。
当一个协程遇到 await 表达式时，它会暂停当前的执行，并 交出控制权 给事件循环。
事件循环会去执行其他可执行的任务（比如其他协程）。
一旦 await 等待的那个可等待对象（通常是另一个协程或一个异步操作）完成，事件循环会恢复之前暂停的协程，从 await 语句的下一行继续执行。
关键点： await 是非阻塞的。它不会像传统的同步函数调用那样一直等待直到完成。相反，它允许程序在等待期间做其他事情。

3. 事件循环 (Event Loop)：异步的核心

事件循环是异步编程的 核心调度器。它负责管理和运行协程。
它的主要职责是：
- 注册协程和其他异步任务。
- 调度协程的执行。
- 监听事件（如I/O完成、定时器到期等）。
- 当一个协程被 await 暂停时，事件循环会切换到另一个准备好运行的协程。
- 当被等待的操作完成时，事件循环会将相应的协程重新标记为“可运行”，并在合适的时机恢复其执行。
在 Python 中，通常使用
```
asyncio
```
库来获取和运行事件循环。
- asyncio.run(main_coroutine()) 是启动事件循环并运行顶层协程的常见方式。

4. 执行流程总结 (以 `asyncio.run()` 为例)：

定义协程函数： 使用 async def 定义一个或多个协程函数。

创建协程对象：

在某个地方（通常是主函数或另一个协程中）调用协程函数，这将创建协程对象。

Python

async def main():task1 = asyncio.create_task(my_coroutine_1()) # 创建任务task2 = asyncio.create_task(my_coroutine_2())await task1 # 等待任务完成await task2

启动事件循环：

通过
```
asyncio.run(顶层协程对象)
```
来启动事件循环。
- asyncio.run() 会创建一个新的事件循环，运行传入的顶层协程直到完成，然后关闭事件循环。
协程的执行与暂停：
- 事件循环开始运行顶层协程。
- 当顶层协程遇到 await 表达式时，它会将控制权交还给事件循环。
- 事件循环会检查是否有其他协程或异步任务可以运行。如果有，它会切换到这些任务。
- 当被 await 等待的操作完成时，事件循环会收到通知，并将之前暂停的协程重新标记为可运行。
- 在下一次调度时，事件循环会恢复该协程的执行，从 await 的下一行继续。
循环往复： 这个过程会不断重复，直到所有任务都完成，事件循环才会停止。

5. 示例代码与流程分析：

import asyncio
import timeasync def task_a():print(f"Task A: 开始 at {time.strftime('%X')}")await asyncio.sleep(2)  # 模拟I/O操作，耗时2秒print(f"Task A: 结束 at {time.strftime('%X')}")return "Result A"async def task_b():print(f"Task B: 开始 at {time.strftime('%X')}")await asyncio.sleep(1)  # 模拟I/O操作，耗时1秒print(f"Task B: 结束 at {time.strftime('%X')}")return "Result B"async def main():print(f"Main: 启动 at {time.strftime('%X')}")# 创建任务，此时协程并没有立即执行# asyncio.create_task() 将协程包装成一个 Task 对象，并提交给事件循环task1 = asyncio.create_task(task_a())task2 = asyncio.create_task(task_b())print(f"Main: 任务已创建 at {time.strftime('%X')}")# await 等待任务完成。注意，这里的等待是非阻塞的result1 = await task1result2 = await task2print(f"Main: 所有任务完成 at {time.strftime('%X')}")print(f"Result A: {result1}")print(f"Result B: {result2}")if __name__ == "__main__":asyncio.run(main())

执行流程分析：

asyncio.run(main()) 启动事件循环，并开始执行 main 协程。
main 协程打印 “Main: 启动…”。
asyncio.create_task(task_a()) 和 asyncio.create_task(task_b()) 创建了 task_a 和 task_b 两个协程的 Task 对象，并将它们提交给事件循环。此时 task_a 和 task_b 并没有立即执行。
main 协程打印 “Main: 任务已创建…”。
await task1：main 协程遇到 await，暂停执行，将控制权交回事件循环。
事件循环发现
```
task_a
```
和
```
task_b
```
已经准备好运行。它会先运行
```
task_a
```
(或
```
task_b
```
，取决于调度器的内部实现，通常是按照提交顺序或优先级)。
- 假设先运行 task_a：task_a 打印 “Task A: 开始…”。
- task_a 遇到 await asyncio.sleep(2)，暂停执行，将控制权交回事件循环。
事件循环发现
```
task_b
```
可以运行。
- task_b 打印 “Task B: 开始…”。
- task_b 遇到 await asyncio.sleep(1)，暂停执行，将控制权交回事件循环。
现在，事件循环正在等待 asyncio.sleep(2) (来自 task_a) 和 asyncio.sleep(1) (来自 task_b) 完成。
1秒钟后，
```
asyncio.sleep(1)
```
(来自
```
task_b
```
) 完成。事件循环恢复
```
task_b
```
的执行。
- task_b 打印 “Task B: 结束…”。
- task_b 执行完毕。
2秒钟后（从
```
task_a
```
开始算起），
```
asyncio.sleep(2)
```
(来自
```
task_a
```
) 完成。事件循环恢复
```
task_a
```
的执行。
- task_a 打印 “Task A: 结束…”。
- task_a 执行完毕。
现在，task1 和 task2 都已经完成。事件循环回到 main 协程被暂停的地方。
main 协程恢复执行，从 result1 = await task1 获取 task_a 的结果。
然后从 result2 = await task2 获取 task_b 的结果。
main 协程打印 “Main: 所有任务完成…” 和最终结果。
main 协程执行完毕，事件循环关闭。