使用asyncio

asyncio是Python 3.4版本引入的标准库，直接内置了对异步IO的支持。

asyncio的编程模型就是一个消息循环。asyncio模块内部实现了EventLoop，把需要执行的协程扔到EventLoop中执行，就实现了异步IO。

用asyncio提供的@asyncio.coroutine可以把一个generator标记为coroutine类型，然后在coroutine内部用yield from调用另一个coroutine实现异步操作。

为了简化并更好地标识异步IO，从Python 3.5开始引入了新的语法async和await，可以让coroutine的代码更简洁易读。

用asyncio实现Hello world代码如下：

import asyncio

async def hello():
    print("Hello world!")
    # 异步调用asyncio.sleep(1):
    await asyncio.sleep(1)
    print("Hello again!")

asyncio.run(hello())

async把一个函数变成coroutine类型，然后，我们就把这个async函数扔到asyncio.run()中执行。执行结果如下：

Hello!
(等待约1秒)
Hello again!

hello()会首先打印出Hello world!，然后，await语法可以让我们方便地调用另一个async函数。由于asyncio.sleep()也是一个async函数，所以线程不会等待asyncio.sleep()，而是直接中断并执行下一个消息循环。当asyncio.sleep()返回时，就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async函数了，因此可以实现并发执行。

上述hello()还没有看出并发执行的特点，我们改写一下，让两个hello()同时并发执行：

# 传入name参数:
async def hello(name):
    # 打印name和当前线程:
    print("Hello %s! (%s)" % (name, threading.current_thread))
    # 异步调用asyncio.sleep(1):
    await asyncio.sleep(1)
    print("Hello %s again! (%s)" % (name, threading.current_thread))
    return name

用asyncio.gather()同时调度多个async函数：

async def main():
    L = await asyncio.gather(hello("Bob"), hello("Alice"))
    print(L)

asyncio.run(main())

执行结果如下：

Hello Bob! (<function current_thread at 0x10387d260>)
Hello Alice! (<function current_thread at 0x10387d260>)
(等待约1秒)
Hello Bob again! (<function current_thread at 0x10387d260>)
Hello Alice again! (<function current_thread at 0x10387d260>)
['Bob', 'Alice']

从结果可知，用asyncio.run()执行async函数，所有函数均由同一个线程执行。两个hello()是并发执行的，并且可以拿到async函数执行的结果（即return的返回值）。

如果把asyncio.sleep()换成真正的IO操作，则多个并发的IO操作实际上可以由一个线程并发执行。

我们用asyncio的异步网络连接来获取sina、sohu和163的网站首页：

import asyncio

async def wget(host):
    print(f"wget {host}...")
    # 连接80端口:
    reader, writer = await asyncio.open_connection(host, 80)
    # 发送HTTP请求:
    header = f"GET / HTTP/1.0\r\nHost: {host}\r\n\r\n"
    writer.write(header.encode("utf-8"))
    await writer.drain()

    # 读取HTTP响应:
    while True:
        line = await reader.readline()
        if line == b"\r\n":
            break
        print("%s header > %s" % (host, line.decode("utf-8").rstrip()))
    # Ignore the body, close the socket
    writer.close()
    await writer.wait_closed()
    print(f"Done {host}.")

async def main():
    await asyncio.gather(wget("www.sina.com.cn"), wget("www.sohu.com"), wget("www.163.com"))

asyncio.run(main())

执行结果如下：

wget www.sohu.com...
wget www.sina.com.cn...
wget www.163.com...
(等待一段时间)
(打印出sohu的header)
www.sohu.com header > HTTP/1.1 200 OK
www.sohu.com header > Content-Type: text/html
...
(打印出sina的header)
www.sina.com.cn header > HTTP/1.1 200 OK
www.sina.com.cn header > Date: Wed, 20 May 2015 04:56:33 GMT
...
(打印出163的header)
www.163.com header > HTTP/1.0 302 Moved Temporarily
www.163.com header > Server: Cdn Cache Server V2.0
...

可见3个连接由一个线程并发执行3个async函数完成。