3. 使用Asyncio管理事件循环

Python的Asyncio模块提供了管理事件、协程、任务和线程的方法,以及编写并发代码的原语。此模块的主要组件和概念包括:

  • 事件循环: 在Asyncio模块中,每一个进程都有一个事件循环。
  • 协程: 这是子程序的泛化概念。协程可以在执行期间暂停,这样就可以等待外部的处理(例如IO)完成之后,从之前暂停的地方恢复执行。
  • Futures: 定义了 Future 对象,和 concurrent.futures 模块一样,表示尚未完成的计算。
  • Tasks: 这是Asyncio的子类,用于封装和管理并行模式下的协程。

本节中重点讨论事件,事实上,异步编程的上下文中,事件无比重要。因为事件的本质就是异步。

3.1. 什么是事件循环

在计算系统中,可以产生事件的实体叫做事件源,能处理事件的实体叫做事件处理者。此外,还有一些第三方实体叫做事件循环。它的作用是管理所有的事件,在整个程序运行过程中不断循环执行,追踪事件发生的顺序将它们放到队列中,当主线程空闲的时候,调用相应的事件处理者处理事件。最后,我们可以通过下面的伪代码来理解事件循环::

while (1) {
    events = getEvents();
    for (e in events)
        processEvent(e);
}

所有的时间都在 while 循环中捕捉,然后经过事件处理者处理。事件处理的部分是系统唯一活跃的部分,当一个事件处理完成,流程继续处理下一个事件。

3.2. 准备工作

Asyncio提供了一下方法来管理事件循环:

  • loop = get_event_loop(): 得到当前上下文的事件循环。
  • loop.call_later(time_delay, callback, argument): 延后 time_delay 秒再执行 callback 方法。
  • loop.call_soon(callback, argument): 尽可能快调用 callback, call_soon() 函数结束,主线程回到事件循环之后就会马上调用 callback
  • loop.time(): 以float类型返回当前时间循环的内部时间。
  • asyncio.set_event_loop(): 为当前上下文设置事件循环。
  • asyncio.new_event_loop(): 根据此策略创建一个新的时间循环并返回。
  • loop.run_forever(): 在调用 stop() 之前将一直运行。

3.3. 如何做…

下面的代码中,我们将展示如何使用Asyncio库提供的时间循环创建异步模式的应用。

import asyncio
import datetime
import time

def function_1(end_time, loop):
    print ("function_1 called")
    if (loop.time() + 1.0) < end_time:
        loop.call_later(1, function_2, end_time, loop)
    else:
        loop.stop()

def function_2(end_time, loop):
    print ("function_2 called ")
    if (loop.time() + 1.0) < end_time:
        loop.call_later(1, function_3, end_time, loop)
    else:
        loop.stop()

def function_3(end_time, loop):
    print ("function_3 called")
    if (loop.time() + 1.0) < end_time:
        loop.call_later(1, function_1, end_time, loop)
    else:
        loop.stop()

def function_4(end_time, loop):
    print ("function_5 called")
    if (loop.time() + 1.0) < end_time:
        loop.call_later(1, function_4, end_time, loop)
    else:
        loop.stop()

loop = asyncio.get_event_loop()

end_loop = loop.time() + 9.0
loop.call_soon(function_1, end_loop, loop)
# loop.call_soon(function_4, end_loop, loop)
loop.run_forever()
loop.close()

运行结果如下::

python3 event.py
function_1 called
function_2 called
function_3 called
function_1 called
function_2 called
function_3 called
function_1 called
function_2 called
function_3 called

3.4. 讨论

在这个例子中,我们定义了三个异步的任务,相继执行,入下图所示的顺序。

../_images/task-execution.png

首先,我们要得到这个事件循环::

loop = asyncio.get_event_loop()

然后我们通过 call_soon 方法调用了 function_1() 函数。

end_loop = loop.time() + 9.0
loop.call_soon(function_1, end_loop, loop)

让我们来看一下 function_1() 的定义::

def function_1(end_time, loop):
    print ("function_1 called")
    if (loop.time() + 1.0) < end_time:
        loop.call_later(1, function_2, end_time, loop)
    else:
        loop.stop()

这个函数通过以下参数定义了应用的异步行为:

  • end_time: 定义了 function_1() 可以运行的最长时间,并通过 call_later 方法传入到 function_2() 中作为参数
  • loop: 之前通过 get_event_loop() 方法得到的事件循环

function_1() 的任务非常简单,只是打印出函数名字。当然,里面也可以写非常复杂的操作。

print ("function_1 called")

任务执行结束之后,它将会比较 loop.time() +1s和设定的运行时间,如果没有超过,使用 call_later 在1秒之后执行 function_2()

if (loop.time() + 1.0) < end_time:
    loop.call_later(1, function_2, end_time, loop)
else:
    loop.stop()

function_2()function_3() 的作用类似。

如果运行的时间超过了设定,时间循环终止。

loop.run_forever()
loop.close()