python中async/await的理解和使用

进程、线程、协程

进程

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
通俗来说，如下图所示，打开win11的任务管理器，里面的Apifox就是一个进程，Google Chrome谷歌浏览器也是一个进程，微信等等这就是一个进程

线程

线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程（lightweight processes），但轻量进程更多指内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。
通俗来说，如下图所示，打开win11的任务管理器，Pycharm展示的7条就是7个线程，也就是说，一个进程里面有多个线程，这个7个线程不是同步进行的，而是异步，这样的话，就会有上下文切换，浪费时间

守护线程

thread_list = []
    for info_dict in video_list:
        save_path = BASE_DIR + "/image/" + str(info_dict['id']) + "/"
        sing_thread = threading.Thread(target=main, args=(save_path, info_dict['carmera_url'],info_dict['name'],))
        thread_list.append(sing_thread)

    for t in thread_list:
        # 设置为守护线程，不会因主线程结束而中断
        t.setDaemon(True)
        # 开启线程
        t.start()

    # 设置完成任务后线程结束
    for t in thread_list:
        t.join()

协程

进程和线程是计算机提供的，协程是程序员创造的，不存在于计算机中。这样的话，由程序员控制，就会很方便灵活，
协程（Co-routine），也可称为微线程，或非抢占式的多任务子例程，一种用户态的上下文切换技术（通过一个线程实现代码块间的相互切换执行）
意义：在一个线程（协程）中，遇到io等待时间，线程可以利用这个等待时间去做其他事情

async/await的使用

同步和异步协程的比较

假设有三个任务，里面都有大量的i/o等待时间

同步

import datetime
import time


def test1():
    time.sleep(3)
    print('washing1 finished')


def test2():
    time.sleep(2)
    print('washing2 finshed')


def test3():
    time.sleep(5)
    print('washing3 finshed')


if __name__ == '__main__':
    time1 = datetime.datetime.now()
    test1()
    test2()
    test3()
    time2 = datetime.datetime.now()
    # 0:00:10.032949
    print(time2-time1)

协程

import asyncio
import datetime


async def test1():
    await asyncio.sleep(3)  # 使用 asyncio.sleep(), 它返回的是一个可等待的对象
    print('washer1 finished')


async def test2():
    await asyncio.sleep(2)
    print('washer2 finished')


async def test3():
    await asyncio.sleep(5)
    print('washer3 finished')

if __name__ == '__main__':
    """
        事件循环机制分为以下几步骤:
            1. 创建一个事件循环
            2. 将异步函数加入事件队列
            3. 执行事件队列, 直到最晚的一个事件被处理完毕后结束
            4. 最后建议用 close() 方法关闭事件循环, 以彻底清理 loop 对象防止误用
        """
    time1 = datetime.datetime.now()

    # 1. 创建一个事件循环
    loop = asyncio.get_event_loop()

    # 2. 将异步函数加入事件队列
    tasks = [
        test1(),
        test2(),
        test3(),
    ]

    # 3. 执行事件队列, 直到最晚的一个事件被处理完毕后结束
    loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))

    # 4. 如果不再使用 loop, 则关闭
    loop.close()

    time2 = datetime.datetime.now()
    # 0:00:05.009762
    print(time2-time1)

由执行时间可以看到，同步使用了10秒，而协程使用的5秒，可以看出协程的精髓在于，遇到等待即切换，而且没有上下文的损耗，更快，但是注意的是，协程是运行到一个线程里面的，那么，它的缺点就是，无法充分利用多核CPU的特点

python3.6和3.7的区别

python3.6

python3.6需要自己手动创建事件循环
事件循环：去检索一个任务列表的所有任务，并执行所有未执行任务，直至所有任务执行完成

# python 源码
import asyncio

async def func1():
    print('协程1')

async def func2():
    print('协程2')

# task可为列表,即任务列表
# task = func1()
task = [func1(), func2()]
# 创建事件循环
loop = asyncio.get_event_loop()
# 添加任务，直至所有任务执行完成
loop.run_until_complete(asyncio.wait(task))
#关闭事件循环
loop.close()
# 事件循环关闭后，再次调用loop，将不会再次执行。

python3.7

python3.7不需要我们手动创建事件循环，它会自动帮我们创建

相当于同步，只能说明基础语法

import asyncio, datetime

async def func1(name):
    print(name, "启动")
    await asyncio.sleep(2)
    print(name, "关闭")


async def main():
    await func1("动作1")
    await func1("动作2")
    await func1("动作3")


if __name__ == '__main__':
    time1 = datetime.datetime.now()
    asyncio.run(main())
    time2 = datetime.datetime.now()
    # 0:00:06.018858
    print(time2-time1)
    """
    动作1 启动
    动作1 关闭
    动作2 启动
    动作2 关闭
    动作3 启动
    动作3 关闭
    """

改进版

import asyncio
import datetime


async def func1(name):
    print(name, "启动")
    await asyncio.sleep(2)
    print(name, "关闭")


async def main():
    await asyncio.gather(
        asyncio.create_task(func1("动作1")),
        asyncio.create_task(func1("动作2")),
        asyncio.create_task(func1("动作3")),
    )


if __name__ == '__main__':
    time1 = datetime.datetime.now()
    asyncio.run(main())
    time2 = datetime.datetime.now()
    # 0:00:02.006539
    print(time2-time1)
    """
    动作1 启动
	动作2 启动
	动作3 启动
	动作1 关闭
	动作2 关闭
	动作3 关闭
    """

通过上面两个例子打印的时间以及打印字符串的顺序，我们可以看出create_task的作用，虽然还是同步，但是是遇到堵塞就里面启动第二个

异步函数调用异步函数

import asyncio
import datetime

async def func2(name):
    await asyncio.sleep(2)
    print(name, "我是func2")


async def func1(name):
    print(name, "启动")
    await func2(name)
    print(name, "关闭")


async def main():
    await asyncio.gather(
        asyncio.create_task(func1("动作1")),
        asyncio.create_task(func1("动作2")),
        asyncio.create_task(func1("动作3")),
    )


if __name__ == '__main__':
    time1 = datetime.datetime.now()
    asyncio.run(main())
    time2 = datetime.datetime.now()
    # 0:00:02.006539
    print(time2-time1)
    """
    动作1 启动
    动作2 启动
    动作3 启动
    动作1 我是func2
    动作1 关闭
    动作2 我是func2
    动作2 关闭
    动作3 我是func2
    动作3 关闭
    """

由上面的例子可以看出，协程里面调用协程，其步骤是同步的

进程、线程的本质

首先，我们知道了进程是系统进行资源和分配的基本单位，而线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，所以要明白，多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的

进程、线程、协程的对比:

(1)协程既不是进程也不是线程，协程仅仅是一个特殊的函数，协程与进程和进程不是一个维度的。
(2)一个进程可以包含多个线程，一个线程可以包含多个协程。
(3)一个线程内的多个协程虽然可以切换，但是多个协程是串行执行的，只能在一个线程内运行，没法利用CPU多核能力。
(4)协程与进程、线程一样，切换是存在上下文切换问题的