Programmierkenntnisse für Python-Server: Implementierung der asynchronen I/O-Programmierung

Python verfügt als interpretierte Programmiersprache über eine sehr leistungsstarke Bibliotheksunterstützung, einschließlich verschiedener Bibliotheken im Zusammenhang mit der Netzwerkprogrammierung. Im Bereich der Serverprogrammierung in Python ist die asynchrone I/O-Programmierung eine sehr wichtige Technologie. In diesem Artikel wird vorgestellt, was asynchrone E/A-Programmierung ist, warum die Verwendung asynchroner E/A effizienter ist und die Techniken zur Implementierung der asynchronen E/A-Programmierung in Python vorgestellt.

Was ist asynchrone I/O-Programmierung?

Bei der herkömmlichen synchronen E/A-Programmierung wartet das Programm normalerweise auf den Abschluss einer Operation, bevor es mit der nächsten Operation fortfährt. Aufgrund der langsamen Netzwerkübertragungsgeschwindigkeit führt ein solches Warten dazu, dass die Effizienz der Programmausführung extrem niedrig ist und die Computerressourcen nicht vollständig genutzt werden können.

Asynchrone E/A-Programmierung ist eine Programmiermethode, die nicht mehr blockiert und wartet. Sie kann weiterhin nachfolgenden Code ausführen, während sie auf den Abschluss des E/A-Vorgangs wartet. Dies wird durch einen asynchronen Ereignisschleifenmechanismus und nicht blockierende E/A-Operationen erreicht.

Durch die asynchrone E/A-Programmierung können mehrere E/A-Vorgänge (z. B. Lesen und Schreiben von Dateien, Netzwerkanforderungen usw.) gleichzeitig ausgeführt werden und warten, bis alle E/A-Vorgänge abgeschlossen sind, bevor mit dem nächsten Schritt fortgefahren wird . Dies ermöglicht eine effiziente gleichzeitige Verarbeitung.

Warum asynchrone I/O-Programmierung verwenden?

Im Vergleich zur synchronen E/A-Programmierung bietet die asynchrone E/A-Programmierung einige ganz offensichtliche Vorteile:

1. Höhere Effizienz: Die asynchrone E/A-Programmierung kann die Computerressourcen voll ausnutzen und die Effizienz der Programmausführung verbessern. Dies liegt daran, dass Sie, wenn eine E/A-Operation wartet, sofort zu einer anderen Operation wechseln können, anstatt auf eine Blockierung zu warten, wodurch Wartezeiten vermieden werden.
2. Bessere Skalierbarkeit: Bei der asynchronen I/O-Programmierung können Anwendungen mehrere Verbindungen gleichzeitig verarbeiten, ohne Thread-Ressourcen zu blockieren oder zu erschöpfen. Dadurch wird die asynchrone E/A-Programmierung einfacher und ermöglicht die Unterstützung einer großen Anzahl gleichzeitiger Verbindungen.
3. Bessere Reaktionsfähigkeit: Die asynchrone E/A-Programmierung kann das Programm flexibler machen, rechtzeitig auf Benutzeranfragen reagieren und E/A-Vorgänge schneller abschließen, wenn eine große Anzahl gleichzeitiger Verbindungen verarbeitet wird.

Tipps zur Implementierung der asynchronen I/O-Programmierung

In Python erfordert die Implementierung der asynchronen I/O-Programmierung die Verwendung relevanter Bibliotheken. Die folgenden Bibliotheken sind häufig verwendete asynchrone E/A-Bibliotheken in Python:

1. asyncio: Die asynchrone E/A-Bibliothek in der Python-Standardbibliothek bietet asynchrone E/A-Unterstützung auf Betriebssystemebene und kann asynchrone Netzwerkverbindungen und IPC (inter.) verarbeiten -Prozesskommunikation).
2. Tornado: Ein sehr leistungsstarkes Web-Framework und eine asynchrone I/O-Bibliothek mit leistungsstarker asynchroner Netzwerkbibliothek und asynchronen I/O-Funktionen.
3. gevent usw.: Zusätzlich zur asynchronen E/A-Bibliothek in der Python-Standardbibliothek gibt es einige Bibliotheken von Drittanbietern, die ebenfalls eine sehr gute asynchrone E/A-Unterstützung bieten.

Als nächstes nehmen wir die Asyncio-Bibliothek als Beispiel, um die Techniken der asynchronen I/O-Programmierung in Python vorzustellen.

1. Coroutine-Definition

In der Asyncio-Bibliothek ist Coroutine die Grundeinheit der asynchronen Programmierung. Es handelt sich um einen leichten Thread, der mehrere Coroutinen gleichzeitig in einem Thread ausführen kann. Eine Coroutine kann als eine Funktion betrachtet werden, die die Ausführung anhalten und fortsetzen kann. Sie kann die Yield-Anweisung verwenden, um ihre Ausführung anzuhalten. In Python 3.5 und höher erleichtert das Schlüsselwort async/await das Erstellen und Verwalten von Coroutinen.

Das Folgende ist ein einfaches Coroutine-Beispiel:

import asyncio

async def coroutine_demo():
    print("Start")
    await asyncio.sleep(1)
    print("End")

Der obige Code definiert eine Coroutine mit dem Namen coroutine_demo. Die Wait-Anweisung wird in der Coroutine verwendet und gibt an, dass die Coroutine nach Abschluss der Ausführung auf asynchrone E/A-Vorgänge wartet . Hier wird die Sleep-Funktion in der Asyncio-Bibliothek verwendet, um die Wartezeit bei I/O-Vorgängen zu simulieren.

2. Ereignisschleife

Die Ereignisschleife in der Asyncio-Bibliothek ist der Kern asynchroner E/A-Operationen. Die Ereignisschleife verwendet eine Endlosschleife, um auf asynchrone Ereignisse zu warten. Wenn ein Ereignis auftritt, kann es sofort verarbeitet und zurückgegeben werden. Die Ereignisschleife kann als Nachrichtensystem verstanden werden, bei dem Nachrichten das Ergebnis asynchroner E/A-Vorgänge sind.

Hier ist ein Beispiel für eine einfache Ereignisschleife:

import asyncio

async def coroutine_demo():
    print("Start")
    await asyncio.sleep(1)
    print("End")

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(coroutine_demo())
loop.close()

In diesem Beispiel wird zunächst eine Coroutine namens coroutine_demo definiert. Anschließend wird eine Ereignisschleife erstellt und die Methode run_until_complete() zum Ausführen der Coroutine coroutine_demo verwendet. Nach der Ausführung gibt die Coroutine in der ersten Zeile „Start“ aus und wartet dann 1 Sekunde, bevor sie „Ende“ ausgibt.

Es ist zu beachten, dass die Ereignisschleife im Hauptthread ausgeführt werden muss. Wenn wir die Methode run_loop() in anderen Threads aufrufen, löst das Programm eine Ausnahme aus.

3. Rückruffunktion

Wenn bei der asynchronen E/A-Programmierung ein asynchrones Ereignis auftritt, benachrichtigt die Ereignisschleife die Coroutine, die entsprechende Rückruffunktion auszuführen. Die Rückruffunktion ist eine gewöhnliche Funktion, die zur Verarbeitung der Ergebnisse asynchroner E/A-Vorgänge verwendet wird.

Das Folgende ist ein einfaches Beispiel für eine Rückruffunktion:

import asyncio

async def coroutine_demo():
    print("Start")
    await asyncio.sleep(1)
    print("End")

def callback_func(future):
    print("Callback function")

loop = asyncio.get_event_loop()
future = asyncio.ensure_future(coroutine_demo())
future.add_done_callback(callback_func)
loop.run_until_complete(future)
loop.close()

In diesem Beispiel ist die Funktion callback_func eine Rückruffunktion, die aufgerufen wird, wenn die Ausführung der Coroutine abgeschlossen ist.

4. Asynchrone E/A-Operationen

Bei der asynchronen E/A-Programmierung müssen fast alle E/A-Operationen mithilfe des Schlüsselworts async/await in Coroutinen gekapselt werden. Sie können beispielsweise die Funktion „open“ in der asyncio-Bibliothek verwenden, um Dateien asynchron zu lesen und zu schreiben:

import asyncio

async def read_file(path):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
    async with session.get(path) as response:
        return await response.text()

loop = asyncio.get_event_loop()
result = loop.run_until_complete(read_file("http://example.com"))
loop.close()

In diesem Beispiel verwenden wir das ClientSession-Objekt der aiohttp-Bibliothek, um eine asynchrone HTTP-Anfrage zu stellen Das Schlüsselwort „await“ erhält „response.text()“. Es ist der Schlüssel, um asynchrone E/A warten zu lassen.

Zusammenfassung

Wie oben erwähnt, ist die asynchrone E/A-Programmierung ein effizientes Programmiermodell, das die Ausführungseffizienz und Reaktionsfähigkeit des Programms erheblich verbessern kann. Die Python-Sprache verfügt über eine sehr umfangreiche asynchrone E/A-Bibliothek, einschließlich der Asyncio-Bibliothek der Python-Standardbibliothek und der Drittanbieter-Bibliotheken Tornado und gevent. Das Erlernen der Fähigkeiten der asynchronen E/A-Programmierung ist für Python-Serverprogrammierer unbedingt erforderlich.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonProgrammierkenntnisse für Python-Server: Implementierung der asynchronen I/O-Programmierung. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!