用 asyncio 开发

异步编程与传统的“顺序”编程不同。

本页列出常见的错误和陷阱,并解释如何避免它们。

Debug 模式

默认情况下,asyncio以生产模式运行。为了简化开发,asyncio还有一种*debug 模式* 。

有几种方法可以启用异步调试模式:

除了启用调试模式外,还要考虑:

  • asyncio logger 的日志级别设置为 logging.DEBUG,例如,下面的代码片段可以在应用程序启动时运行:

    logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)
    
  • 配置 warnings 模块以显示 ResourceWarning 警告。一种方法是使用 -W default 命令行选项。

启用调试模式时:

  • asyncio 检查 未被等待的协程 并记录他们;这将消除“被遗忘的等待”问题。

  • 许多非线程安全的异步 APIs (例如 loop.call_soon()loop.call_at() 方法),如果从错误的线程调用,则会引发异常。

  • 如果执行I/O操作花费的时间太长,则记录I/O选择器的执行时间。

  • 执行时间超过100毫秒的回调将会载入日志。 属性 loop.slow_callback_duration 可用于设置以秒为单位的最小执行持续时间,这被视为“缓慢”。

并发性和多线程

事件循环在线程中运行(通常是主线程),并在其线程中执行所有回调和任务。当一个任务在事件循环中运行时,没有其他任务可以在同一个线程中运行。当一个任务执行一个 await 表达式时,正在运行的任务被挂起,事件循环执行下一个任务。

要调度来自另一 OS 线程的 callback,应该使用 loop.call_soon_threadsafe() 方法。 例如:

loop.call_soon_threadsafe(callback, *args)

几乎所有异步对象都不是线程安全的,这通常不是问题,除非在任务或回调函数之外有代码可以使用它们。如果需要这样的代码来调用低级异步API,应该使用 loop.call_soon_threadsafe() 方法,例如:

loop.call_soon_threadsafe(fut.cancel)

要从不同的OS线程调度一个协程对象,应该使用 run_coroutine_threadsafe() 函数。它返回一个 concurrent.futures.Future 。查询结果:

async def coro_func():
     return await asyncio.sleep(1, 42)

# Later in another OS thread:

future = asyncio.run_coroutine_threadsafe(coro_func(), loop)
# Wait for the result:
result = future.result()

为了能够处理信号和执行子进程,事件循环必须运行于主线程中。

方法 loop.run_in_executor() 可以和 concurrent.futures.ThreadPoolExecutor 一起使用,用于在一个不同的操作系统线程中执行阻塞代码,并避免阻塞运行事件循环的那个操作系统线程。

运行阻塞的代码

不应该直接调用阻塞( CPU 绑定)代码。例如,如果一个函数执行1秒的 CPU 密集型计算,那么所有并发异步任务和 IO 操作都将延迟1秒。

可以用执行器在不同的线程甚至不同的进程中运行任务,以避免使用事件循环阻塞 OS 线程。 请参阅 loop.run_in_executor() 方法了解详情。

日志记录

asyncio使用 logging 模块,所有日志记录都是通过 "asyncio" logger执行的。

默认日志级别是 logging.INFO 。可以很容易地调整:

logging.getLogger("asyncio").setLevel(logging.WARNING)

检测 never-awaited 协同程序

当协程函数被调用而不是被等待时 (即执行 coro() 而不是 await coro()) 或者协程没有通过 asyncio.create_task() 被排入计划日程,asyncio 将会发出一条 RuntimeWarning:

import asyncio

async def test():
    print("never scheduled")

async def main():
    test()

asyncio.run(main())

输出:

test.py:7: RuntimeWarning: coroutine 'test' was never awaited
  test()

调试模式的输出:

test.py:7: RuntimeWarning: coroutine 'test' was never awaited
Coroutine created at (most recent call last)
  File "../t.py", line 9, in <module>
    asyncio.run(main(), debug=True)

  < .. >

  File "../t.py", line 7, in main
    test()
  test()

通常的修复方法是等待协程或者调用 asyncio.create_task() 函数:

async def main():
    await test()

检测就再也没异常

如果调用 Future.set_exception() ,但不等待 Future 对象,将异常传播到用户代码。在这种情况下,当 Future 对象被垃圾收集时,asyncio将发出一条日志消息。

未处理异常的例子:

import asyncio

async def bug():
    raise Exception("not consumed")

async def main():
    asyncio.create_task(bug())

asyncio.run(main())

输出:

Task exception was never retrieved
future: <Task finished coro=<bug() done, defined at test.py:3>
  exception=Exception('not consumed')>

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 4, in bug
    raise Exception("not consumed")
Exception: not consumed

激活调试模式 以获取任务创建处的跟踪信息:

asyncio.run(main(), debug=True)

调试模式的输出:

Task exception was never retrieved
future: <Task finished coro=<bug() done, defined at test.py:3>
    exception=Exception('not consumed') created at asyncio/tasks.py:321>

source_traceback: Object created at (most recent call last):
  File "../t.py", line 9, in <module>
    asyncio.run(main(), debug=True)

< .. >

Traceback (most recent call last):
  File "../t.py", line 4, in bug
    raise Exception("not consumed")
Exception: not consumed