前言：

python 中協(xié)程概念是從 3.4 版本增加的，但 3.4 版本采用是生成器實(shí)現(xiàn)，為了將協(xié)程和生成器的使用場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)分，使語(yǔ)義更加明確，在 python 3.5 中增加了 async 和 await 關(guān)鍵字，用于定義原生協(xié)程。

 

1.asyncio 異步 i/o 庫(kù)

python 中的 asyncio 庫(kù)提供了管理事件、協(xié)程、任務(wù)和線程的方法，以及編寫(xiě)并發(fā)代碼的原語(yǔ)，即 async 和 await。

該模塊的主要內(nèi)容：

• 事件循環(huán)：event_loop，管理所有的事件，是一個(gè)無(wú)限循環(huán)方法，在循環(huán)過(guò)程中追蹤事件發(fā)生的順序?qū)⑺鼈兎旁陉?duì)列中，空閑時(shí)則調(diào)用相應(yīng)的事件處理者來(lái)處理這些事件；
• 協(xié)程：coroutine，子程序的泛化概念，協(xié)程可以在執(zhí)行期間暫停，等待外部的處理（i/o 操作）完成之后，再?gòu)臅和５牡胤嚼^續(xù)運(yùn)行，函數(shù)定義式使用 async關(guān)鍵字，這樣這個(gè)函數(shù)就不會(huì)立即執(zhí)行，而是返回一個(gè)協(xié)程對(duì)象；
• future和task：future對(duì)象表示尚未完成的計(jì)算，task是 future的子類(lèi)，包含了任務(wù)的各個(gè)狀態(tài)，作用是在運(yùn)行某個(gè)任務(wù)的同時(shí)可以并發(fā)的運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。

 

異步函數(shù)的定義

異步函數(shù)本質(zhì)上依舊是函數(shù)，只是在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)將執(zhí)行權(quán)交給其它協(xié)程，與普通函數(shù)定義的區(qū)別是在 def關(guān)鍵字前增加 async。

 

# 異步函數(shù)
import asyncio
# 異步函數(shù)
async def func(x):
????print("異步函數(shù)")
????return x ** 2
ret = func(2)
print(ret)

運(yùn)行代碼輸入如下內(nèi)容：

 

sys:1: runtimewarning: coroutine 'func' was never awaited
<coroutine object func at 0x0000000002c8c248>

函數(shù)返回一個(gè)協(xié)程對(duì)象，如果想要函數(shù)得到執(zhí)行，需要將其放到事件循環(huán) event_loop中。

 

事件循環(huán) event_loop

event_loop是 asyncio模塊的核心，它將異步函數(shù)注冊(cè)到事件循環(huán)上。 過(guò)程實(shí)現(xiàn)方式為：由 loop在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用協(xié)程，這里使用的方式名為 asyncio.get_event_loop()，然后由 run_until_complete(協(xié)程對(duì)象) 將協(xié)程注冊(cè)到事件循環(huán)中，并啟動(dòng)事件循環(huán)。

 

import asyncio
# 異步函數(shù)
async def func(x):
????print("異步函數(shù)")
????return x ** 2
# 協(xié)程對(duì)象，該對(duì)象不能直接運(yùn)行
coroutine1 = func(2)
# 事件循環(huán)對(duì)象
loop = asyncio.get_event_loop()
# 將協(xié)程對(duì)象加入到事件循環(huán)中，并執(zhí)行
ret = loop.run_until_complete(coroutine1)
print(ret)

首先在 python 3.7 之前的版本中使用異步函數(shù)是安裝上述流程：

• 先通過(guò) asyncio.get_event_loop()獲取事件循環(huán)loop對(duì)象；
• 然后通過(guò)不同的策略調(diào)用 loop.run_until_complete()或者loop.run_forever()執(zhí)行異步函數(shù)。

在 python 3.7 之后的版本，直接使用 asyncio.run() 即可，該函數(shù)總是會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的事件循環(huán)并在結(jié)束時(shí)進(jìn)行關(guān)閉。

最新的官方文檔 都采用的是run方法。 官方案例

 

import asyncio
async def main():
????print('hello')
????await asyncio.sleep(1)
????print('world')
asyncio.run(main())

接下來(lái)在查看一個(gè)完整的案例，并且結(jié)合await關(guān)鍵字。

 

import asyncio
import time
# 異步函數(shù)1
async def task1(x):
????print("任務(wù)1")
????await asyncio.sleep(2)
????print("恢復(fù)任務(wù)1")
????return x
# 異步函數(shù)2
async def task2(x):
????print("任務(wù)2")
????await asyncio.sleep(1)
????print("恢復(fù)任務(wù)2")
????return x
async def main():
????start_time = time.perf_counter()
????ret_1 = await task1(1)
????ret_2 = await task2(2)
????print("任務(wù)1 返回的值是", ret_1)
????print("任務(wù)2 返回的值是", ret_2)
????print("運(yùn)行時(shí)間", time.perf_counter() - start_time)
if __name__ == '__main__':
????# 創(chuàng)建一個(gè)事件循環(huán)
????loop = asyncio.get_event_loop()
????# 將協(xié)程對(duì)象加入到事件循環(huán)中，并執(zhí)行
????loop.run_until_complete(main())

代碼輸出如下所示：

任務(wù)1
恢復(fù)任務(wù)1
任務(wù)2
恢復(fù)任務(wù)2
任務(wù)1 返回的值是 1
任務(wù)2 返回的值是 2
運(yùn)行時(shí)間 2.99929154

上述代碼創(chuàng)建了 3 個(gè)協(xié)程，其中 task1和 task2都放在了協(xié)程函數(shù) main中，i/o 操作通過(guò) asyncio.sleep(1)進(jìn)行模擬，整個(gè)函數(shù)運(yùn)行時(shí)間為 2.9999 秒，接近 3 秒，依舊是串行進(jìn)行，如果希望修改為并發(fā)執(zhí)行，將代碼按照下述進(jìn)行修改。

 

import asyncio
import time
# 異步函數(shù)1
async def task1(x):
????print("任務(wù)1")
????await asyncio.sleep(2)
????print("恢復(fù)任務(wù)1")
????return x
# 異步函數(shù)2
async def task2(x):
????print("任務(wù)2")
????await asyncio.sleep(1)
????print("恢復(fù)任務(wù)2")
????return x
async def main():
????start_time = time.perf_counter()
????ret_1,ret_2 = await asyncio.gather(task1(1),task2(2))
????print("任務(wù)1 返回的值是", ret_1)
????print("任務(wù)2 返回的值是", ret_2)
????print("運(yùn)行時(shí)間", time.perf_counter() - start_time)
if __name__ == '__main__':
????loop = asyncio.get_event_loop()
????loop.run_until_complete(main())

上述代碼最大的變化是將task1和task2放到了asyncio.gather()中運(yùn)行，此時(shí)代碼輸出時(shí)間明顯變短。

任務(wù)1
任務(wù)2
恢復(fù)任務(wù)2 # 任務(wù)2 由于等待時(shí)間短，先返回。
恢復(fù)任務(wù)1
任務(wù)1 返回的值是 1
任務(wù)2 返回的值是 2
運(yùn)行時(shí)間 2.0005669480000003

asyncio.gather()可以更換為asyncio.wait()，修改代碼如下所示：

 

import asyncio
import time
# 異步函數(shù)1
async def task1(x):
????print("任務(wù)1")
????await asyncio.sleep(2)
????print("恢復(fù)任務(wù)1")
????return x
# 異步函數(shù)2
async def task2(x):
????print("任務(wù)2")
????await asyncio.sleep(1)
????print("恢復(fù)任務(wù)2")
????return x
async def main():
????start_time = time.perf_counter()
????done, pending = await asyncio.wait([task1(1), task2(2)])
????print(done)
????print(pending)
????print("運(yùn)行時(shí)間", time.perf_counter() - start_time)
if __name__ == '__main__':
????loop = asyncio.get_event_loop()
????loop.run_until_complete(main())

asyncio.wait()返回一個(gè)元組，其中包含一個(gè)已經(jīng)完成的任務(wù)集合，一個(gè)未完成任務(wù)的集合。

gather 和 wait 的區(qū)別：

• gather：需要所有任務(wù)都執(zhí)行結(jié)束，如果任意一個(gè)協(xié)程函數(shù)崩潰了，都會(huì)拋異常，不會(huì)返回結(jié)果；
• wait：可以定義函數(shù)返回的時(shí)機(jī)，可以設(shè)置為 first_completed（第一個(gè)結(jié)束的）, first_exception（第一個(gè)出現(xiàn)異常的）, all_completed（全部執(zhí)行完，默認(rèn)的）。

done,pending = await asyncio.wait([task1(1),task2(2)],return_when=asyncio.tasks.first_exception)

創(chuàng)建 task

由于協(xié)程對(duì)象不能直接運(yùn)行，在注冊(cè)到事件循環(huán)時(shí)，是run_until_complete方法將其包裝成一個(gè) task對(duì)象。該對(duì)象是對(duì)coroutine對(duì)象的進(jìn)一步封裝，它比coroutine對(duì)象多了運(yùn)行狀態(tài)，例如 pending，running，finished，可以利用這些狀態(tài)獲取協(xié)程對(duì)象的執(zhí)行情況。

下面顯示的將coroutine對(duì)象封裝成task對(duì)象，在上述代碼基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。

import asyncio
import time
# 異步函數(shù)1
async def task1(x):
????print("任務(wù)1")
????await asyncio.sleep(2)
????print("恢復(fù)任務(wù)1")
????return x
# 異步函數(shù)2
async def task2(x):
????print("任務(wù)2")
????await asyncio.sleep(1)
????print("恢復(fù)任務(wù)2")
????return x
async def main():
????start_time = time.perf_counter()
????# 封裝 task 對(duì)象
????coroutine1 = task1(1)
????task_1 = loop.create_task(coroutine1)
????coroutine2 = task2(2)
????task_2 = loop.create_task(coroutine2)
????ret_1, ret_2 = await asyncio.gather(task_1, task_2)
????print("任務(wù)1 返回的值是", ret_1)
????print("任務(wù)2 返回的值是", ret_2)
????print("運(yùn)行時(shí)間", time.perf_counter() - start_time)
if __name__ == '__main__':
????loop = asyncio.get_event_loop()
????loop.run_until_complete(main())

由于task對(duì)象是future對(duì)象的子類(lèi)對(duì)象，所以上述代碼也可以按照下述內(nèi)容修改：

 

# task_2 = loop.create_task(coroutine2)
task_2 = asyncio.ensure_future(coroutine2)

下面將task對(duì)象的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行打印輸出。

 

import asyncio
import time
# 異步函數(shù)1
async def task1(x):
????print("任務(wù)1")
????await asyncio.sleep(2)
????print("恢復(fù)任務(wù)1")
????return x
# 異步函數(shù)2
async def task2(x):
????print("任務(wù)2")
????await asyncio.sleep(1)
????print("恢復(fù)任務(wù)2")
????return x
async def main():
????start_time = time.perf_counter()
????# 封裝 task 對(duì)象
????coroutine1 = task1(1)
????task_1 = loop.create_task(coroutine1)
????coroutine2 = task2(2)
????# task_2 = loop.create_task(coroutine2)
????task_2 = asyncio.ensure_future(coroutine2)
????# 進(jìn)入 pending 狀態(tài)
????print(task_1)
????print(task_2)
????# 獲取任務(wù)的完成狀態(tài)
????print(task_1.done(), task_2.done())
????# 執(zhí)行任務(wù)
????await task_1
????await task_2
????# 再次獲取完成狀態(tài)
????print(task_1.done(), task_2.done())
????# 獲取返回結(jié)果
????print(task_1.result())
????print(task_2.result())
????print("運(yùn)行時(shí)間", time.perf_counter() - start_time)
if __name__ == '__main__':
????loop = asyncio.get_event_loop()
????loop.run_until_complete(main())

await task_1表示的是執(zhí)行該協(xié)程，執(zhí)行結(jié)束之后，task.done()返回 true，task.result()獲取返回值。

 

回調(diào)返回值

當(dāng)協(xié)程執(zhí)行完畢，需要獲取其返回值，剛才已經(jīng)演示了一種辦法，使用 task.result()方法獲取，但是該方法僅當(dāng)協(xié)程運(yùn)行完畢時(shí)，才能獲取結(jié)果，如果協(xié)程沒(méi)有運(yùn)行完畢，result()方法會(huì)返回 asyncio.invalidstateerror（無(wú)效狀態(tài)錯(cuò)誤）。

一般編碼都采用第二種方案，通過(guò)add_done_callback()方法綁定回調(diào)。

 

import asyncio
import requests
async def request_html():
????url = 'https://www.csdn.net'
????res = requests.get(url)
????return res.status_code
def callback(task):
????print('回調(diào)：', task.result())
loop = asyncio.get_event_loop()
coroutine = request_html()
task = loop.create_task(coroutine)
# 綁定回調(diào)
task.add_done_callback(callback)
print(task)
print("*"*100)
loop.run_until_complete(task)
print(task)

上述代碼當(dāng)coroutine執(zhí)行完畢時(shí)，會(huì)調(diào)用callback函數(shù)。

如果回調(diào)函數(shù)需要多個(gè)參數(shù)，請(qǐng)使用functools模塊中的偏函數(shù)（partial）方法

 

循環(huán)事件關(guān)閉

建議每次編碼結(jié)束之后，都調(diào)用循環(huán)事件對(duì)象close()方法，徹底清理loop對(duì)象。

 

2.本節(jié)爬蟲(chóng)項(xiàng)目

本節(jié)課要采集的站點(diǎn)由于全部都是 coser 圖片，所以地址在代碼中查看即可。

完整代碼如下所示：

 

import threading
import asyncio
import time
import requests
import lxml
from bs4 import beautifulsoup
async def get(url):
????return requests.get(url)
async def get_html(url):
????print("準(zhǔn)備抓取：", url)
????res = await get(url)
????return res.text
async def save_img(img_url):
????# thumbmid_5ae3e05fd3945 將小圖替換為大圖
????img_url = img_url.replace('thumb','thumbmid')
????img_url = "http://mycoser.com/" + img_url
????print("圖片下載中：", img_url)
????res = await get(img_url)
????if res is not none:
????????with open(f'./imgs/{time.time()}.jpg', 'wb') as f:
????????????f.write(res.content)
????????????return img_url,"ok"
async def main(url_list):
????# 創(chuàng)建 5 個(gè)任務(wù)
????tasks = [asyncio.ensure_future(get_html(url_list[_])) for _ in range(len(url_list))]
????dones, pending = await asyncio.wait(tasks)
????for task in dones:
????????html = task.result()
????????soup = beautifulsoup(html, 'lxml')
????????divimg_tags = soup.find_all(attrs={'class': 'workimage'})
????????for div in divimg_tags:
????????????ret = await save_img(div.a.img["data-original"])
????????????print(ret)
if __name__ == '__main__':
????urls = [f"http://mycoser.com/picture/lists/p/{page}" for page in range(1, 17)]
????totle_page = len(urls) // 5 if len(urls) % 5 == 0 else len(urls) // 5 + 1
????# 對(duì) urls 列表進(jìn)行切片，方便采集
????for page in range(0, totle_page):
????????start_page = 0 if page == 0 else page * 5
????????end_page = (page + 1) * 5
????????# 循環(huán)事件對(duì)象
????????loop = asyncio.get_event_loop()
????????loop.run_until_complete(main(urls[start_page:end_page]))

代碼說(shuō)明：上述代碼中第一個(gè)要注意的是await關(guān)鍵字后面只能跟如下內(nèi)容：

• 原生的協(xié)程對(duì)象；
• 一個(gè)包含await方法的對(duì)象返回的一個(gè)迭代器。

所以上述代碼get_html函數(shù)中嵌套了一個(gè)協(xié)程 get。主函數(shù) main里面為了運(yùn)算方便，直接對(duì) urls 進(jìn)行了切片，然后通過(guò)循環(huán)進(jìn)行運(yùn)行。

當(dāng)然上述代碼的最后兩行，可以直接修改為：

# 循環(huán)事件對(duì)象
# loop = asyncio.get_event_loop()
#
# loop.run_until_complete(main(urls[start_page:end_page]))
asyncio.run(main(urls[start_page:end_page]))

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