深入探索:Python中的并发编程新纪元——协程与异步函数解析

简介: 【7月更文挑战第15天】Python 3.5+引入的协程和异步函数革新了并发编程。协程,轻量级线程,由程序控制切换,降低开销。异步函数是协程的高级形式,允许等待异步操作。通过`asyncio`库,如示例所示,能并发执行任务,提高I/O密集型任务效率,实现并发而非并行,优化CPU利用率。理解和掌握这些工具对于构建高效网络应用至关重要。

在Python的世界里,随着网络应用的日益复杂和数据量的不断增长,高效的并发编程变得愈发重要。传统的多线程或多进程模型虽然能解决并发问题,但在I/O密集型任务中常因线程切换的开销而显得力不从心。这时,协程(Coroutine)与异步函数(Async Functions)作为Python 3.5及以上版本引入的新特性,为并发编程开启了新的纪元。本文将深入探索Python中的协程与异步函数,从技术细节和理论层面进行解析。

协程:轻量级的并发单元
协程,简而言之,是一种用户态的轻量级线程。与操作系统线程相比,协程的切换由程序自身控制,无需经过内核态,因此切换成本极低。在Python中,协程通过async def定义的函数创建,这些函数内部可以使用await关键字挂起执行,等待某个操作(如I/O操作)完成后再继续执行。

示例代码:

python
import asyncio

async def fetch_data(url):
print(f'Fetching {url}...')

# 模拟网络请求,使用asyncio.sleep模拟异步等待  
await asyncio.sleep(1)  
return f'Data from {url}'  

async def main():

# 同时启动多个异步任务  
task1 = asyncio.create_task(fetch_data('http://example.com/1'))  
task2 = asyncio.create_task(fetch_data('http://example.com/2'))  

# 等待所有任务完成  
results = await asyncio.gather(task1, task2)  
print(results)  

运行异步主函数

asyncio.run(main())
上述代码中,fetch_data是一个协程函数,使用await asyncio.sleep(1)模拟异步I/O操作。main函数内创建了两个fetch_data的异步任务,并通过asyncio.gather等待它们同时完成。

异步函数:协程的高级封装
异步函数是协程的高级封装,它们使用async def定义,并且内部可以包含await表达式来暂停执行并等待其他异步操作完成。异步函数可以视为特殊的协程,它们能够被await关键字调用,也能通过asyncio.create_task转换成任务并行执行。

并发与并行:理解异步编程的精髓
在异步编程中,并发(Concurrency)与并行(Parallelism)是两个不同的概念。并发指的是多个任务交替执行,看似同时进行;而并行则是指多个任务真正的同时执行,需要多核处理器的支持。Python的异步编程主要解决的是并发问题,通过非阻塞的I/O操作,使得在等待I/O完成时,CPU可以处理其他任务,从而提高程序的整体效率。

结论
协程与异步函数是Python并发编程的强大工具,它们通过非阻塞的I/O操作,使得Python在处理I/O密集型任务时能够保持高效。通过深入探索协程与异步函数的原理和应用,我们能够更好地利用Python的并发能力,构建出更加高效、可扩展的网络应用。无论是Web开发、数据处理还是其他需要高效并发处理的领域,掌握协程与异步函数都将是一项宝贵的技能。

相关文章
|
14天前
|
存储 JavaScript Java
(Python基础)新时代语言!一起学习Python吧!(四):dict字典和set类型;切片类型、列表生成式;map和reduce迭代器;filter过滤函数、sorted排序函数;lambda函数
dict字典 Python内置了字典:dict的支持,dict全称dictionary,在其他语言中也称为map,使用键-值(key-value)存储,具有极快的查找速度。 我们可以通过声明JS对象一样的方式声明dict
69 1
|
14天前
|
算法 Java Docker
(Python基础)新时代语言!一起学习Python吧!(三):IF条件判断和match匹配;Python中的循环:for...in、while循环;循环操作关键字;Python函数使用方法
IF 条件判断 使用if语句,对条件进行判断 true则执行代码块缩进语句 false则不执行代码块缩进语句,如果有else 或 elif 则进入相应的规则中执行
103 1
|
14天前
|
Java 数据处理 索引
(numpy)Python做数据处理必备框架!(二):ndarray切片的使用与运算;常见的ndarray函数:平方根、正余弦、自然对数、指数、幂等运算;统计函数:方差、均值、极差;比较函数...
ndarray切片 索引从0开始 索引/切片类型 描述/用法 基本索引 通过整数索引直接访问元素。 行/列切片 使用冒号:切片语法选择行或列的子集 连续切片 从起始索引到结束索引按步长切片 使用slice函数 通过slice(start,stop,strp)定义切片规则 布尔索引 通过布尔条件筛选满足条件的元素。支持逻辑运算符 &、|。
76 0
|
25天前
|
设计模式 缓存 监控
Python装饰器:优雅增强函数功能
Python装饰器:优雅增强函数功能
233 101
|
1月前
|
存储 缓存 测试技术
Python装饰器:优雅地增强函数功能
Python装饰器:优雅地增强函数功能
150 98
|
2月前
|
Go 调度 Python
Golang协程和Python协程用法上的那些“不一样”
本文对比了 Python 和 Go 语言中协程的区别,重点分析了调度机制和执行方式的不同。Go 的协程(goroutine)由运行时自动调度,启动后立即执行;而 Python 协程需通过 await 显式调度,依赖事件循环。文中通过代码示例展示了两种协程的实际运行效果。
142 7
|
1月前
|
数据采集 网络协议 API
协程+连接池:高并发Python爬虫的底层优化逻辑
协程+连接池:高并发Python爬虫的底层优化逻辑
|
3月前
|
数据采集 监控 调度
干货分享“用 多线程 爬取数据”:单线程 + 协程的效率反超 3 倍,这才是 Python 异步的正确打开方式
在 Python 爬虫中,多线程因 GIL 和切换开销效率低下,而协程通过用户态调度实现高并发,大幅提升爬取效率。本文详解协程原理、实战对比多线程性能,并提供最佳实践,助你掌握异步爬虫核心技术。
|
Go Python
使用python实现一个用户态协程
【6月更文挑战第28天】本文探讨了如何在Python中实现类似Golang中协程(goroutines)和通道(channels)的概念。文章最后提到了`wait_for`函数在处理超时和取消操作中的作
189 1
使用python实现一个用户态协程
|
调度 Python
python3 协程实战(python3经典编程案例)
该文章通过多个实战案例介绍了如何在Python3中使用协程来提高I/O密集型应用的性能,利用asyncio库以及async/await语法来编写高效的异步代码。
245 0

推荐镜像

更多