Python asyncio 异步编程：事件循环与协程实战

假设要抓取 100 个接口，每个请求耗时 200ms，其中 199ms 都花在等待网络回包上。用同步写法串行跑完要 20 秒，但 CPU 实际忙碌的时间可能不到 0.1 秒。asyncio 要解决的问题就是：别让程序在等待中白白空转。

异步不是让代码”更快”，而是让单线程在等待 IO 时去做别的事。它适合 IO 密集型任务，对 CPU 密集型几乎没有帮助。

1. 同步模型为什么慢

同步（阻塞）代码的执行流是一条直线：发起请求 → 等待 → 拿到结果 → 下一个。等待期间线程处于挂起状态，既不消耗 CPU，也不能做别的事情。多线程可以缓解，但线程的创建与切换有成本，成百上千个阻塞线程会把内存和调度器压垮。

异步的思路完全不同：由一个事件循环统一管理所有任务。当某个任务遇到 IO 等待时，它主动把控制权交还循环，循环立刻去执行其他就绪任务，等 IO 完成后再回来接着跑。

2. 协程与事件循环

用 async def 定义的函数叫协程函数，调用它并不会执行函数体，而是返回一个协程对象。协程对象必须被事件循环调度才会真正运行，入口是 asyncio.run()。

import asyncio
import time

async def fetch(name, delay):
    # await 是挂起点：此处让出控制权，循环可去跑别的任务
    await asyncio.sleep(delay)
    return f"{name} 完成"

async def main():
    start = time.perf_counter()
    # 顺序 await：总耗时是两者之和
    a = await fetch("A", 1.0)
    b = await fetch("B", 1.0)
    print(a, b, f"{time.perf_counter() - start:.2f}s")

asyncio.run(main())   # 输出约 2.00s

注意这里的结论可能反直觉：光写 async/await 并不会产生并发。上面这段代码仍是串行的，因为第二个 await 在第一个完成之前根本没机会开始。

3. Task：把协程交给循环调度

要真正并发，必须把协程包装成 Task，让事件循环同时持有它们。 asyncio.create_task() 会立即把协程注册进循环并开始调度，之后再用 await 取回结果。

async def main():
    start = time.perf_counter()
    # 立即注册，两个协程同时开跑
    t1 = asyncio.create_task(fetch("A", 1.0))
    t2 = asyncio.create_task(fetch("B", 1.0))

    # 再取结果，此时两者大概率都已完成
    print(await t1, await t2)
    print(f"{time.perf_counter() - start:.2f}s")   # 约 1.00s

Task 一旦创建就独立运行，即使你不再 await 它。这也意味着如果任务里抛了异常而没人取结果，异常会被静默吞掉——所以建议始终持有 Task 引用，或统一交给 gather 管理。

4. 并发组织与限流

任务一多，手动创建 Task 就不现实了。asyncio.gather 接收一批协程并发执行，并按传入顺序返回结果列表；想”谁先完成谁先处理”，可以用 asyncio.as_completed。

import aiohttp

# 用信号量把并发限制在 10，避免把对端打挂或被限流
sem = asyncio.Semaphore(10)

async def fetch_url(session, url):
    async with sem:
        async with session.get(url) as resp:
            return await resp.text()

async def main(urls):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        tasks = [fetch_url(session, u) for u in urls]
        results = await asyncio.gather(*tasks, return_exceptions=True)
    return results

# asyncio.run(main(urls))

return_exceptions=True 是个实用开关：任一请求失败时不会中断整个 gather，而是把异常对象放进结果列表，由调用方决定怎么处理。另外要注意：HTTP 会话应当复用，在一个 ClientSession 里共享连接池，比每次请求都新建会话快得多。

5. 四个常见陷阱

在协程里调用阻塞函数：time.sleep()、requests.get() 会卡死整个事件循环，因为它们不让出控制权。改用 asyncio.sleep() 和异步 HTTP 库，或把阻塞调用丢进 asyncio.to_thread()
忘记 await：调用协程函数只是创建对象，不写 await 就等于什么都没执行，且不会有任何报错
并发不设上限：几千个任务同时发出，轻则被限流，重则耗尽文件描述符
混用多线程：asyncio 是单线程模型，跨线程操作循环必须用 loop.call_soon_threadsafe()