前言

今天開(kāi)始聊一聊python3的asyncio噪舀。關(guān)于asyncio飘诗，大家肯定都有自己的理解，并且網(wǎng)上大神也把基礎(chǔ)概念也解釋的比較透徹纺座。
本文寫(xiě)作的初衷溉潭，主要是理解asyncio的原理并且實(shí)現(xiàn)一遍。
話不多說(shuō)喳瓣，我們開(kāi)始！

一掸掸、知識(shí)準(zhǔn)備

● 理解進(jìn)程蹭秋、線程堤撵、協(xié)程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)实昨，這三個(gè)都是為了解決多任務(wù)同時(shí)進(jìn)行的問(wèn)題
? 1）進(jìn)程是操作資源分配的最小單位，多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要是極快地在進(jìn)程間來(lái)回切換丈挟，而進(jìn)程切換消耗時(shí)間最長(zhǎng)（系統(tǒng)調(diào)用）
? 2）線程依賴(lài)于進(jìn)程志电，多個(gè)線程共享了父進(jìn)程的一部分資源，線程切換時(shí)間相對(duì)于進(jìn)程來(lái)說(shuō)消耗時(shí)間大大減少例朱，但是由于python gil的存在，并不存在多線程（系統(tǒng)調(diào)用）
? 3）協(xié)程依賴(lài)于線程洒嗤，由于進(jìn)程/線程切換都是系統(tǒng)調(diào)用，開(kāi)銷(xiāo)是巨大的羔挡。而協(xié)程是在用戶空間內(nèi)完成任務(wù)切換间唉，不會(huì)切換到操作系統(tǒng)資源（寄存器、信號(hào)量终吼、堆棧等），所以這種方式開(kāi)銷(xiāo)最小商佛。python的協(xié)程核心在于姆打，遇到等待事件，就交出cpu控制權(quán)幔戏，轉(zhuǎn)而讓其他協(xié)程執(zhí)行


● 理解python生成器，yield/yield from
? 這里就不班門(mén)弄斧了痊剖，直接推薦大佬的blog


● 理解關(guān)鍵字async/await垒玲，async/await是3.5之后的語(yǔ)法，和yield/yield from異曲同工

二合愈、環(huán)境準(zhǔn)備

三、run_until_complete的實(shí)現(xiàn)

先來(lái)看下官方asyncio的使用方法：

|># more main.py
import asyncio
async def hello():
    print('enter hello ...')
    return 'world'

if __name__ == "__main__":
    loop = asyncio.get_event_loop()
    task = loop.create_task(hello())
    rst = loop.run_until_complete(task)
    print(rst)
    
|># python3 main.py
enter hello ...
world

來(lái)看下造的輪子的使用方式：

? more main.py
from wilsonasyncio import get_event_loop
async def hello():
    print('enter hello ...')
    return 'world'


if __name__ == "__main__":
    loop = get_event_loop()
    task = loop.create_task(hello())
    rst = loop.run_until_complete(task)
    print(rst)
    
? python3 main.py
enter hello ...
world

自己造的輪子也很好的運(yùn)行了益老，下面我們來(lái)看下輪子的代碼

四寸莫、代碼解析

輪子代碼

1）代碼組成

|># tree
.
├── eventloops.py 
├── futures.py
├── main.py
├── tasks.py
├── wilsonasyncio.py

2）代碼概覽：

eventloops.py

tasks.py

futures.py

3）執(zhí)行過(guò)程

3.1）入口函數(shù)

main.py

async def hello():
    print('enter hello ...')
    return 'world'

if __name__ == "__main__":
    loop = get_event_loop()
    task = loop.create_task(hello())
    rst = loop.run_until_complete(task)
    print(rst)

• loop = get_event_loop()獲取事件循環(huán)
• task = loop.create_task(hello())將用戶函數(shù)hello()封裝成協(xié)程，我們看下create_task的源碼

    def create_task(self, coro):
        task = tasks.Task(coro, loop=self)
        return task

? ? 初始化一個(gè)Task對(duì)象春弥，從代碼概覽得知，初始化對(duì)象之后會(huì)立即將__step添加到_ready隊(duì)列等待執(zhí)行

• rst = loop.run_until_complete(task)開(kāi)始執(zhí)行事件循環(huán)的第一個(gè)函數(shù)run_until_complete

3.2）事件循環(huán)啟動(dòng)

eventloops.py

    def run_until_complete(self, future):
        future.add_done_callback(_complete_eventloop, future)
        self.run_forever()
        return future.result()

• future.add_done_callback(_complete_eventloop, future)為future添加回調(diào)函數(shù)（future就是task對(duì)象扫责，而task對(duì)象里的任務(wù)就是hello() ），回調(diào)函數(shù)是_complete_eventloop鳖孤。就是future執(zhí)行完成之后執(zhí)行_complete_eventloop
• self.run_forever()啟動(dòng)事件循環(huán)

3.3）第一次循環(huán)run_forever --> run_once

eventloops.py

    def run_once(self):
        ntodo = len(self._ready)
        for _ in range(ntodo):
            handle = self._ready.popleft()
            handle._run()

• 將_ready隊(duì)列的內(nèi)容（task.__step）取出來(lái)執(zhí)行

tasks.py

    def __step(self, exc=None):
        coro = self._coro
        try:
            if exc is None:
                coro.send(None)
            else:
                coro.throw(exc)
        except StopIteration as exc:
            super().set_result(exc.value)
        finally:
            self = None

• coro.send(None)核心代碼，跳轉(zhuǎn)回到用戶函數(shù)hello()

main.py

async def hello():
    print('enter hello ...')
    return 'world'

• 用戶函數(shù)非常簡(jiǎn)單黄鳍，打印一行數(shù)據(jù)平匈，以及返回一個(gè)字符串world框沟，執(zhí)行完成之后回到task.__step()
• super().set_result(exc.value)由于用戶函數(shù)執(zhí)行完成增炭，會(huì)拋出異常StopIteration，捕獲之后執(zhí)行set_result
• 由代碼概覽得知set_result的作用在于將任務(wù)狀態(tài)置位_FINISHED梅垄，并且將回調(diào)函數(shù)（_complete_eventloop）寫(xiě)入_ready隊(duì)列

3.4）第二次循環(huán)run_forever --> run_once

eventloops.py

    def run_once(self):
        ntodo = len(self._ready)
        for _ in range(ntodo):
            handle = self._ready.popleft()
            handle._run()

• 繼續(xù)循環(huán)输玷，handle封裝了_complete_eventloop

def _complete_eventloop(fut):
    fut._loop.stop()

• 調(diào)用stop，設(shè)置停止標(biāo)志

3.5）第三次循環(huán)run_forever

    def run_forever(self):
        while True:
            self.run_once() 
            if self._stopping:
                break

• 跳出事件循環(huán)炭玫，回到run_until_complete

    def run_until_complete(self, future):
        future.add_done_callback(_complete_eventloop, future)
        self.run_forever()
        return future.result()

3.6）回到主函數(shù)貌虾，獲取返回值

if __name__ == "__main__":
    loop = get_event_loop()
    task = loop.create_task(hello())
    rst = loop.run_until_complete(task)
    print(rst)

• rst = loop.run_until_complete(task)獲取返回值

3.7）執(zhí)行結(jié)果

? python3 main.py
enter hello ...
return world ...

五、流程總結(jié)

run_until_complete.jpg

六衔憨、小結(jié)

● task對(duì)象與future有什么區(qū)別？主要用于整個(gè)協(xié)程運(yùn)行的周期践图，主要負(fù)責(zé)與用戶函數(shù)進(jìn)行交互
● 本文從asyncio的第一個(gè)函數(shù)run_until_complete沉馆，介紹了asyncio的基本流程：用戶函數(shù)并不是立即執(zhí)行，而是進(jìn)入隊(duì)列斥黑，然后根據(jù)eventloop在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度
● 本文中的代碼，參考了python 3.7.7中asyncio的源代碼兽狭，裁剪而來(lái)
● 本文中代碼：代碼

至此，本文結(jié)束
在下才疏學(xué)淺箕慧，有撒湯漏水的，請(qǐng)各位不吝賜教...