Python协程调度机制详解

什么是协程调度？

协程调度是异步编程的核心机制，它允许在单线程内高效管理多个并发任务。Python通过asyncio库实现了强大的协程调度功能。

协程调度的关键组件

事件循环(Event Loop) - 协程调度器
协程(Coroutine) - 使用async定义的函数
任务(Task) - 事件循环中运行的协程包装
Future - 异步操作的最终结果

协程调度优势

高效的单线程并发处理
避免多线程的锁和同步问题
资源消耗远低于多线程
代码结构更清晰直观

基本协程使用

创建和运行协程

import asyncio

# 定义协程
async def main_coroutine():
    print("协程开始")
    await asyncio.sleep(1)
    print("协程结束")

# 获取事件循环并运行协程
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main_coroutine())

async/await 关键字

async 用于声明协程函数

await 用于挂起协程，等待异步操作完成

事件循环的工作流程

创建事件循环实例
将协程包装为Task
执行事件循环
调度协程执行
处理完成的任务

协程调度机制详解

事件循环调度原理

事件循环维护两个队列：

就绪队列(Ready Queue) - 准备运行的协程
等待队列(Waiting Queue) - 等待I/O完成的协程

调度器不断检查：

从就绪队列取出协程执行
遇到I/O操作时挂起协程，放入等待队列
I/O完成后移回就绪队列

事件循环调度流程

就绪队列

↓

执行协程

↓

I/O完成

↑

I/O操作 →

等待队列

多任务调度示例

import asyncio
import time

async def task(name, delay):
    print(f"任务 {name} 开始, 耗时 {delay}秒")
    start = time.time()
    await asyncio.sleep(delay)
    end = time.time()
    print(f"任务 {name} 完成, 实际耗时: {end-start:.2f}秒")

async def main():
    # 同时调度三个任务
    task1 = asyncio.create_task(task("A", 2))
    task2 = asyncio.create_task(task("B", 1))
    task3 = asyncio.create_task(task("C", 3))
    
    await asyncio.gather(task1, task2, task3)

# Python 3.7+ 的简洁写法
asyncio.run(main())

协程调度最佳实践

✔️ 正确做法

使用asyncio.run()运行主协程
用asyncio.create_task()创建任务
使用asyncio.gather()管理多个任务
为I/O密集型任务使用协程
适当使用asyncio.sleep(0)让出控制权

❌ 避免做法

在协程中使用阻塞I/O操作
直接调用协程而不使用await
忘记处理任务异常
在CPU密集型任务中使用协程
手动管理事件循环(Python 3.7+)

高级调度技巧

import asyncio

# 设置任务优先级
async def high_priority_task():
    print("高优先级任务开始")
    await asyncio.sleep(1)
    print("高优先级任务完成")

async def low_priority_task():
    print("低优先级任务开始")
    # 通过多次让出控制权降低优先级
    for _ in range(5):
        await asyncio.sleep(0)
    print("低优先级任务完成")

async def main():
    # 创建任务但不立即等待
    low = asyncio.create_task(low_priority_task())
    high = asyncio.create_task(high_priority_task())
    
    # 优先等待高优先级任务
    await high
    await low

asyncio.run(main())