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Python协程中增加任务的方法 - 异步编程教程

QuanYanHong
Python
2025-07-27
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Python协程中增加任务的完整指南

掌握asyncio库的核心功能，高效管理异步任务

什么是Python协程？

协程（Coroutine）是Python中实现并发编程的一种方式，它允许你在单个线程内执行多个任务，通过任务切换而非线程切换来实现并发。Python通过asyncio库和async/await语法提供了对协程的原生支持。

注意： 协程与线程不同，它们由事件循环管理，在单个线程中运行，通过任务切换而非线程切换来实现并发。

为什么需要增加任务？

在异步编程中，我们经常需要同时处理多个I/O密集型操作（如网络请求、文件读写等）。通过增加任务，我们可以：

同时发起多个操作而不互相阻塞
更高效地利用系统资源
提高程序的响应速度和吞吐量
简化复杂异步逻辑的管理

任务1

任务2

任务3

任务4

在协程中增加任务的三种方法

1. 使用asyncio.create_task()

这是Python 3.7+推荐的方式，用于将协程包装成任务并加入事件循环。

import asyncio

async def my_task(name, delay):
    print(f"任务 {name} 开始")
    await asyncio.sleep(delay)
    print(f"任务 {name} 完成")

async def main():
    # 创建并添加任务
    task1 = asyncio.create_task(my_task("A", 2))
    task2 = asyncio.create_task(my_task("B", 1))

    # 等待两个任务完成
    await task1
    await task2

asyncio.run(main())

输出结果：
任务 A 开始
任务 B 开始
任务 B 完成 (1秒后)
任务 A 完成 (2秒后)

2. 使用asyncio.gather()

当需要同时运行多个协程并等待它们全部完成时，asyncio.gather()是更好的选择。

async def main():
    # 使用gather同时运行多个任务
    await asyncio.gather(
        my_task("C", 3),
        my_task("D", 1),
        my_task("E", 2)
    )

asyncio.run(main())

输出结果：
任务 C 开始
任务 D 开始
任务 E 开始
任务 D 完成 (1秒后)
任务 E 完成 (2秒后)
任务 C 完成 (3秒后)

3. 使用asyncio.ensure_future() (Python 3.7之前)

在Python 3.7之前，可以使用asyncio.ensure_future()来创建任务。

async def main():
    # 兼容旧版本Python的创建任务方式
    task1 = asyncio.ensure_future(my_task("F", 2))
    task2 = asyncio.ensure_future(my_task("G", 1))

    await task1
    await task2

# 旧版本的事件循环启动方式
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())
loop.close()

任务管理的最佳实践

高效任务管理的要点

使用asyncio.create_task()创建任务并立即开始执行
使用asyncio.gather()管理一组相关任务
使用asyncio.wait()处理任务完成的不同状态
为任务设置超时：await asyncio.wait_for(task, timeout=5.0)
使用asyncio.shield()防止任务被取消
合理控制并发任务数量，避免资源耗尽

任务取消与异常处理

正确处理任务取消和异常对于构建健壮的异步应用至关重要。

async def main():
    task = asyncio.create_task(my_task("H", 5))

    try:
        # 等待任务完成，但最多3秒
        await asyncio.wait_for(task, timeout=3.0)
    except asyncio.TimeoutError:
        print("任务超时，正在取消...")
        task.cancel()
        try:
            await task  # 等待任务处理取消
        except asyncio.CancelledError:
            print("任务已成功取消")

高级应用：任务队列模式

当需要限制同时运行的协程数量时，可以使用任务队列模式。

async def worker(queue):
    while True:
        # 从队列获取任务
        task_func = await queue.get()
        await task_func()  # 执行任务
        queue.task_done()  # 标记任务完成

async def main():
    # 创建最大容量为5的队列
    queue = asyncio.Queue(maxsize=5)

    # 启动3个worker协程
    workers = [
        asyncio.create_task(worker(queue))
        for _ in range(3)
    ]

    # 添加20个任务到队列
    for i in range(20):
        await queue.put(lambda: my_task(f"Task-{i}", 1))

    # 等待所有任务完成
    await queue.join()

    # 取消worker任务
    for w in workers:
        w.cancel()

asyncio.run(main())