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Python 协程：并发编程的轻量级利器

news 来源：原创 2025/5/26 0:30:22

一、协程是什么？

协程是一种比线程更加轻量级的存在。它可以在特定的点暂停执行，然后在后续某个时刻恢复执行，并且能够在暂停期间保存其执行状态。与传统的多线程模型不同，协程不需要操作系统进行线程上下文切换的开销，因为所有的协程都在同一个线程中运行，它们之间的切换是由程序员手动控制或者通过特定的库来调度的。

二、协程实现

Python 提供了多种方式来实现协程，其中较为常用的是 asyncio 库。asyncio 是 Python 内置的异步 I/O 框架，它基于协程和事件循环机制来实现异步编程。

基本协程函数定义

import asyncioasync def my_coroutine():print("协程开始执行")await asyncio.sleep(1)  # 模拟异步操作，这里暂停 1 秒print("协程执行结束")

在这个例子中，my_coroutine 就是一个简单的协程函数，await 关键字用于暂停协程的执行，直到等待的异步操作（这里是asynicion.sleep）完成。

运行协程

要运行协程，我们需要将协程对象放入事件循环中。asyncio 提供了 run 函数来方便地启动事件循环并运行协程：

asyncio.run(my_coroutine())

并且在协程执行 await asyncio.sleep(1) 时，会暂停 1 秒，但不会阻塞整个线程，其他协程或异步操作可以在此期间继续执行。

三、协程的并发与任务调度

协程的真正强大之处在于可以实现多个协程的并发执行。asyncio 中通过 task 对象来对协程进行调度和管理。

我们可以使用 asyncio.create_task 函数来创建一个任务并将其添加到事件循环中：

import asyncio
import datetimeasync def coroutine_1():print(f"{datetime.datetime.now().strftime('%H:%M:%S')}协程 1 开始")await asyncio.sleep(2)print(f"{datetime.datetime.now().strftime('%H:%M:%S')}协程 1 结束")async def coroutine_2():print(f"{datetime.datetime.now().strftime('%H:%M:%S')}协程 2 开始")await asyncio.sleep(1)print(f"{datetime.datetime.now().strftime('%H:%M:%S')}协程 2 结束")async def main():task1 = asyncio.create_task(coroutine_1())task2 = asyncio.create_task(coroutine_2())await task1await task2asyncio.run(main())

在这个例子中，main 协程创建了两个任务 task1 和 task2，分别对应coroutine_1 和coroutine_2。然后，main 协程通过 await 等待这两个任务完成。

13:11:06协程 1 开始
13:11:06协程 2 开始
13:11:07协程 2 结束
13:11:08协程 1 结束

流程解释：

使用 asyncio.run(main()) 来运行主协程。asyncio.run 函数会创建一个事件循环，在这个事件循环中执行 main 协程及其创建的其他协程任务。
在 main 协程中，asyncio.create_task创建了两个任务task1和task2。这些任务被添加到事件循环的任务队列中。(注意，此时task1和task2两个协程已经再事件循环队列了，可以被执行了)
coroutine_1 中的 await asyncio.sleep 语句会暂停协程的执行，并将控制权交回给事件循环。事件循环可以在此期间选择执行其他任务。例如，coroutine_2 中的 await asyncio.sleep (1) 会让协程 2 暂停 1 秒，但在此期间，事件循环可以去执行 coroutine_1，因为 coroutine_1 中的 await asyncio.sleep (2) 还没有结束。
如果没有 await task1 和 await task2，main 协程会在创建 task1 和 task2 后就立即结束。因为 asyncio.create_task 是一个非阻塞操作，它只是将协程任务添加到事件循环的任务队列中，然后继续执行 main 协程的下一行代码。而由于 main 协程没有其他内容，就会直接结束。当 main 协程结束后，asyncio.run (main ()) 也会随之结束，因为 asyncio.run 函数会在 main 协程结束后清理资源并关闭事件循环。这就导致 coroutine_1 和 coroutine_2 可能还没来得及执行就被终止了，因为它们所在的任务还没被充分调度和执行，事件循环就已经关闭。

四、协程在实际应用中的优势

在网络编程中，协程可以极大地提高服务器的并发处理能力。例如，在一个简单的 HTTP 服务器中，处理每个客户端请求的过程可能涉及到网络数据读取、数据库查询等 I/O 操作。使用协程，服务器可以在处理一个请求的 I/O 等待期间，切换到处理其他请求，而不是像传统的多线程模型那样，每个线程在等待 I/O 时都处于阻塞状态，占用系统资源。

发起异步网络请求方法：

async def fetch(session, url):try:async with session.get(url) as response:return await response.text()except aiohttp.ClientError as e:print(f"请求 {url} 时出现错误: {e}")return None

批量发起http请求：

async def main():urls = ["https://www.example.com","https://www.python.org","https://www.github.com","https://www.baidu.com"]async with aiohttp.ClientSession() as session:tasks = [fetch(session, url) for url in urls]results = await asyncio.gather(*tasks)for url, result in zip(urls, results):if result:print(f"成功获取 {url} 的内容，长度为: {len(result)}")else:print(f"未能成功获取 {url} 的内容")if __name__ == "__main__":asyncio.run(main())

向上面那样就可以批量的执行http请求。

五、总结

协程是轻量级、高效的并发编程方案。借助 asyncio 库，能便捷定义、运行和调度协程，并发执行多个异步任务，在处理 I/O 密集型任务时可提升程序性能。掌握协程编程技巧，利于开发高效、响应快的 Python 应用程序，在网络服务、数据处理等含大量异步操作的场景中很有用。

一、协程是什么？

二、协程实现

三、协程的并发与任务调度

四、协程在实际应用中的优势

五、总结

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