Python asyncio 非同步編程指南：高效處理 I/O 密集型任務

簡介

asyncio 是 Python 中用於編寫非同步代碼的標準庫，用於實現非步程式設計（asynchronous programming）。它允許你編寫高效的 I/O 密集型應用程序，例如網絡爬蟲、Web 服務器、即時通訊系統等。通過使用 asyncio，你可以避免傳統同步編程中的阻塞問題，從而提升程序的性能。

同步 vs 非同步

同步編程

在同步編程中，代碼是有順序執行的。當一個任務需要等待 I/O 操作（例如網絡請求或文件讀寫）時，整個程序會被阻塞，直到該操作完成。

import time

def sync_task():
    print("開始任務")
    time.sleep(2)  # 模擬 I/O 操作
    print("任務完成")

sync_task()

非同步編程

在非同步編程中，當一個任務需要等待 I/O 操作時，程序會切換到其他任務，從而避免阻塞。這使得程序能夠更高效地利用資源。

import asyncio

async def async_task():
    print("開始任務")
    await asyncio.sleep(2)  # 模擬 I/O 操作
    print("任務完成")

asyncio.run(async_task())

await 的作用

在 async 函數內部，await 用於等待異步操作完成。例如，await asyncio.sleep(2) 讓程式暫停 2秒，但不會阻塞其他異步任務。

建立多個非同步任務

我們可以使用 asyncio.create_task() 來同時執行多個異步任務

import asyncio

async def task(name, seconds):
    print(f"{name} 開始")
    await asyncio.sleep(seconds)
    print(f"{name} 完成")

async def main():
    task1 = asyncio.create_task(task("任務1", 2))
    task2 = asyncio.create_task(task("任務2", 1))
    
    await task1
    await task2

asyncio.run(main())

asyncio.create_task()的作用

是對協程的進一步封裝，它允許你並發地執行多個協程。可以使用 asyncio.create_task() 來創建任務。

輸出結果：

可以看到，任務 2 比任務 1 早完成，但它們是同時開始的，這就是異步執行的效果。

asyncio.gather() 併發執行多個任務

如果我們想一次執行多個異步函數並等待所有結果，可以使用 asyncio.gather()。

import asyncio

async def fetch_data(name, seconds):
    await asyncio.sleep(seconds)
    return f"{name} 數據獲取完成"

async def main():
    results = await asyncio.gather(
        fetch_data("API 1", 2),
        fetch_data("API 2", 1),
        fetch_data("API 3", 3)
    )
    print(results)

asyncio.run(main())

asyncio.gather() vs asyncio.create_task()

• asyncio.create_task() 創建的任務是獨立執行的，不能直接返回結果。
• asyncio.gather() 用於並行執行多個異步函數，並收集返回值。

總結

asyncio 是 Python 標準庫中強大的非同步工具，能夠顯著提升 I/O 密集型應用的性能。本篇文章介紹了：

• asyncio 的基礎概念與優勢
• await 的作用
• asyncio.create_task() 來並發執行多個任務
• asyncio.gather() 來同時執行並獲取結果

透過這些技巧，你可以更有效率地開發高性能的 Python 應用程式。如果你有任何問題或建議，歡迎在下方留言討論。