摘要：創(chuàng)建第一個(gè)協(xié)程推薦使用語法來聲明協(xié)程，來編寫異步應(yīng)用程序。協(xié)程兩個(gè)緊密相關(guān)的概念是協(xié)程函數(shù)通過定義的函數(shù)協(xié)程對象調(diào)用協(xié)程函數(shù)返回的對象。它是一個(gè)低層級的可等待對象，表示一個(gè)異步操作的最終結(jié)果。

我們講以Python 3.7 上的asyncio為例講解如何使用Python的異步IO。

Python 3.7 推薦使用 async/await 語法來聲明協(xié)程，來編寫異步應(yīng)用程序。我們來創(chuàng)建第一個(gè)協(xié)程函數(shù)：首先打印一行“你好”，等待1秒鐘后再打印“猿人學(xué)”。

sayhi()函數(shù)通過 async 聲明為協(xié)程函數(shù)，較之前的修飾器聲明更簡潔明了。

在實(shí)踐過程中，什么功能的函數(shù)要用async聲明為協(xié)程函數(shù)呢？就是那些能發(fā)揮異步IO性能的函數(shù)，比如讀寫文件、讀寫網(wǎng)絡(luò)、讀寫數(shù)據(jù)庫，這些都是浪費(fèi)時(shí)間的IO操作，把它們協(xié)程化、異步化從而提高程序的整體效率（速度）。

sayhi()函數(shù)是通過?asyncio.run()來運(yùn)行的，而不是直接調(diào)用這個(gè)函數(shù)（協(xié)程）。因?yàn)?，直接調(diào)用并不會把它加入調(diào)度日程，而只是簡單的返回一個(gè)協(xié)程對象：

那么，如何真正運(yùn)行一個(gè)協(xié)程呢？asyncio 提供了三種機(jī)制：

（1）asyncio.run() 函數(shù)，這是異步程序的主入口，相當(dāng)于C語言中的main函數(shù)。

（2）用await等待協(xié)程，比如上例中的?await asyncio.sleep(1)?。再看下面的例子，我們定義了協(xié)程?say_delay()?，在main()協(xié)程中調(diào)用兩次，第一次延遲1秒后打印“你好”，第二次延遲2秒后打印“猿人學(xué)”。這樣我們通過 await 運(yùn)行了兩個(gè)協(xié)程。

從起止時(shí)間可以看出，兩個(gè)協(xié)程是順序執(zhí)行的，總共耗時(shí)1+2=3秒。

（3）通過?asyncio.create_task()?函數(shù)并發(fā)運(yùn)行作為 asyncio 任務(wù)（Task） 的多個(gè)協(xié)程。下面，我們用create_task()來修改上面的main()協(xié)程，從而讓兩個(gè)say_delay()協(xié)程并發(fā)運(yùn)行：

從運(yùn)行結(jié)果的起止時(shí)間可以看出，兩個(gè)協(xié)程是并發(fā)執(zhí)行的了，總耗時(shí)等于最大耗時(shí)2秒。

asyncio.create_task()?是一個(gè)很有用的函數(shù)，在爬蟲中它可以幫助我們實(shí)現(xiàn)大量并發(fā)去下載網(wǎng)頁。在Python 3.6中與它對應(yīng)的是?ensure_future()。

可等待對象，就是可以在 await 表達(dá)式中使用的對象，前面我們已經(jīng)接觸了兩種可等待對象的類型：協(xié)程和任務(wù)，還有一個(gè)是低層級的Future。

asyncio模塊的許多API都需要傳入可等待對象，比如 run(), create_task() 等等。

協(xié)程是可等待對象，可以在其它協(xié)程中被等待。協(xié)程兩個(gè)緊密相關(guān)的概念是：

協(xié)程函數(shù)：通過 async def 定義的函數(shù)；

協(xié)程對象：調(diào)用協(xié)程函數(shù)返回的對象。

運(yùn)行上面這段程序，結(jié)果為：

co is 
now is 1548512708.2026224
now is 1548512708.202648

可以看到，直接運(yùn)行協(xié)程函數(shù) whattime()得到的co是一個(gè)協(xié)程對象，因?yàn)閰f(xié)程對象是可等待的，所以通過 await 得到真正的當(dāng)前時(shí)間。now2是直接await 協(xié)程函數(shù)，也得到了當(dāng)前時(shí)間的返回值。

前面我們講到，任務(wù)是用來調(diào)度協(xié)程的，以便并發(fā)執(zhí)行協(xié)程。當(dāng)一個(gè)協(xié)程通過?asyncio.create_task()?被打包為一個(gè) 任務(wù)，該協(xié)程將自動(dòng)加入程序調(diào)度日程準(zhǔn)備立即運(yùn)行。

create_task()的基本使用前面例子已經(jīng)講過。它返回的task通過await來等待其運(yùn)行完。如果，我們不等待，會發(fā)生什么？“準(zhǔn)備立即運(yùn)行”又該如何理解呢？先看看下面這個(gè)例子：

運(yùn)行這段代碼的情況是這樣的：
首先，1秒鐘后打印一行，這是第13，14行代碼運(yùn)行的結(jié)果：

calling:0, now is 09:15:15

接著，停頓1秒后，連續(xù)打印4行：

calling:1, now is 09:15:16
calling:2, now is 09:15:16
calling:3, now is 09:15:16
calling:4, now is 09:15:16

從這個(gè)結(jié)果看，asyncio.create_task()產(chǎn)生的4個(gè)任務(wù)，我們并沒有await，它們也執(zhí)行了。關(guān)鍵在于第18行的?await，如果把這一行去掉或是sleep的時(shí)間小于1秒（比whattime()里面的sleep時(shí)間少即可），就會只看到第一行的輸出結(jié)果而看不到后面四行的輸出。這是因?yàn)?，main()不sleep或sleep少于1秒鐘，main()就在whattime()還未來得及打印結(jié)果（因?yàn)?，它要sleep 1秒）就退出了，從而整個(gè)程序也退出了，就沒有whattime()的輸出結(jié)果。

再來理解一下“準(zhǔn)備立即執(zhí)行”這個(gè)說法。它的意思就是，create_task()只是打包了協(xié)程并加入調(diào)度隊(duì)列還未執(zhí)行，并準(zhǔn)備立即執(zhí)行，什么時(shí)候執(zhí)行呢？在“主協(xié)程”（調(diào)用create_task()的協(xié)程）掛起的時(shí)候，這里的“掛起”有兩個(gè)方式：

一是，通過 await task 來執(zhí)行這個(gè)任務(wù)；
另一個(gè)是，主協(xié)程通過 await sleep 掛起，事件循環(huán)就去執(zhí)行task了。

我們知道，asyncio是通過事件循環(huán)實(shí)現(xiàn)異步的。在主協(xié)程 main()里面，沒有遇到 await 時(shí)，事件就是執(zhí)行main()函數(shù)，遇到 await 時(shí)，事件循環(huán)就去執(zhí)行別的協(xié)程，即create_task()生成的whattime()的4個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)一開始就是 await sleep 1秒。這時(shí)候，主協(xié)程和4個(gè)任務(wù)協(xié)程都掛起了，CPU空閑，事件循環(huán)等待協(xié)程的消息。

如果main()協(xié)程只sleep了0.1秒，它就先醒了，給事件循環(huán)發(fā)消息，事件循環(huán)就來繼續(xù)執(zhí)行main()協(xié)程，而main()后面已經(jīng)沒有代碼，就退出該協(xié)程，退出它也就意味著整個(gè)程序退出，4個(gè)任務(wù)就沒機(jī)會打印結(jié)果；

如果main()協(xié)程sleep時(shí)間多余1秒，那么4個(gè)任務(wù)先喚醒，就會得到全部的打印結(jié)果；

如果main()的18行sleep等于1秒時(shí)，和4個(gè)任務(wù)的sleep時(shí)間相同，也會得到全部打印結(jié)果。這是為什么呢？

我猜想是這樣的：4個(gè)任務(wù)生成在前，第18行的sleep在后，事件循環(huán)的消息響應(yīng)可能有個(gè)先進(jìn)先出的順序。后面深入asyncio的代碼專門研究一下這個(gè)猜想正確與否。

它是一個(gè)低層級的可等待對象，表示一個(gè)異步操作的最終結(jié)果。目前，我們寫應(yīng)用程序還用不到它，暫不學(xué)習(xí)。

協(xié)程就是我們異步操作的片段。通常，寫程序都會把全部功能分成很多不同功能的函數(shù)，目的是為了結(jié)構(gòu)清晰；進(jìn)一步，把那些涉及耗費(fèi)時(shí)間的IO操作（讀寫文件、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)）的函數(shù)通過 async def 異步化，就是異步編程。

那些異步函數(shù)（協(xié)程函數(shù)）都是通過消息機(jī)制被事件循環(huán)管理調(diào)度著，整個(gè)程序的執(zhí)行是單線程的，但是某個(gè)協(xié)程A進(jìn)行IO時(shí)，事件循環(huán)就去執(zhí)行其它協(xié)程非IO的代碼。當(dāng)事件循環(huán)收到協(xié)程A結(jié)束IO的消息時(shí)，就又回來執(zhí)行協(xié)程A，這樣事件循環(huán)不斷在協(xié)程之間轉(zhuǎn)換，充分利用了IO的閑置時(shí)間，從而并發(fā)的進(jìn)行多個(gè)IO操作，這就是異步IO。

寫異步IO程序時(shí)記住一個(gè)準(zhǔn)則：需要IO的地方異步。其它地方即使用了協(xié)程函數(shù)也是沒用的。