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在异步编程中，除了处理网络通信、文件 I/O 等任务外，如何异步地与子进程交互也是一个关键能力。Python 的 asyncio 模块提供了强大的支持，其中一种高级机制便是使用 子进程协议（Subprocess Protocol） 实现 事件驱动式的子进程通信。
本文将带你深入了解 asyncio 的子进程协议机制，并通过完整示例演示其用法与优势。
1. asyncio 与子进程通信的两种方式
在 asyncio 中，操作子进程主要有两种方式：
-
基于协程的接口：
- 使用
asyncio.create_subprocess_exec()或asyncio.create_subprocess_shell() - 适合大多数用例
- 以
await式的结构编写，易读易写
- 使用
-
基于子进程协议的接口：
- 使用
loop.subprocess_exec()或loop.subprocess_shell()配合SubprocessProtocol - 提供更细粒度的控制和响应速度
- 更适合流式处理和事件驱动的场景
- 使用
本篇重点关注第二种方式：子进程协议。
2. 什么是子进程协议？
asyncio.SubprocessProtocol 是一个协议类（Protocol），用于与子进程进行事件驱动的交互。你可以继承它并重写相关方法，以实现定制行为。
关键方法说明：
| 方法 | 触发时机 | 说明 |
|---|---|---|
connection_made(transport) | 子进程启动时 | 可保存传输对象，用于后续通信 |
pipe_data_received(fd, data) | 子进程有输出数据 | fd 表示数据来源（1 表示 stdout，2 表示 stderr） |
process_exited() | 子进程退出时 | 可获取退出码等信息 |
通过这些方法，你可以 实时响应子进程的输出，实现更加灵活和流畅的异步交互。
3. 示例：使用子进程协议执行 ls -l
以下示例展示了如何使用 asyncio 子进程协议异步执行 ls -l 命令，并实时接收其标准输出数据。
import asyncioclass MySubprocessProtocol(asyncio.SubprocessProtocol):def __init__(self):self.transport = Noneself.output = b""def connection_made(self, transport):print("子进程启动")self.transport = transportdef pipe_data_received(self, fd, data):if fd == 1: # stdoutprint("收到 stdout 数据：", data.decode().rstrip())self.output += dataelif fd == 2: # stderrprint("收到 stderr 数据：", data.decode().rstrip())def process_exited(self):print("子进程退出")returncode = self.transport.get_returncode()print("退出代码:", returncode)print("完整输出:", self.output.decode())async def run():loop = asyncio.get_running_loop()transport, protocol = await loop.subprocess_exec(lambda: MySubprocessProtocol(),'ls', '-l',stdout=asyncio.subprocess.PIPE,stderr=asyncio.subprocess.PIPE,)# 等待子进程退出while transport.get_returncode() is None:await asyncio.sleep(0.1)asyncio.run(run())
程序要点：
subprocess_exec()启动一个子进程，并返回transport和自定义协议实例。pipe_data_received()方法会在有输出数据时自动被调用，实现了 流式接收 stdout/stderr。process_exited()方法在子进程终止时被触发，可获取退出码和全部输出。
4. 子进程协议 vs 协程 API
| 特性 | 子进程协议 | create_subprocess_exec |
|---|---|---|
| 实时处理输出 | 支持，基于回调 | 支持，基于 await reader.read() |
| 控制精细度 | 高，可监听连接、退出、输出等事件 | 中，封装较多 |
| 编码复杂度 | 高，需要实现协议类 | 低，结构清晰 |
| 适用场景 | 服务框架、实时系统 | 常规子进程操作 |
如果你的应用中需要实时收集子进程的输出（如日志监控、终端模拟器、编译器前端等），子进程协议将非常合适。
5. 高级应用与注意事项
可扩展特性
-
写入 stdin：
transport.get_pipe_transport(0).write(b"hello\n") -
多子进程并发管理：
可结合asyncio.gather同时启动多个子进程并分别收集输出。
注意事项
- 子进程协议基于事件回调机制，代码可读性相对较低。
- 不支持与某些控制台交互行为（如要求输入密码的命令）直接交互。
- 在 Windows 上部分终端行为可能受限，如需完整模拟终端行为，需结合
pty（Unix）或其他终端模拟器。
6. 总结
asyncio.SubprocessProtocol 提供了一种强大而灵活的方式来管理子进程，尤其适合那些需要高响应性或事件驱动结构的应用场景。虽然相比于基于协程的子进程处理方式更复杂，但也提供了更高的控制能力。
当你需要与子进程进行更复杂的通信，如实时输出处理、长时间运行任务监控或构建异步任务调度器时，掌握子进程协议将为你提供强有力的工具。