Python Web 非同期プログラミングの基礎

Web アプリケーションが成長し、複雑さが増すにつれて、Web 用の非同期プログラミングの人気が高まっています。 Python は拡張性の高いプログラミング言語であり、大規模な Web アプリケーションは Django や Flask などの Python フレームワークを使用して広く作成されています。ただし、非同期 Web プログラミングの場合、実際には Python には高い同時実行性や I/O 集中型のタスクの処理において多くの問題がありますが、すべての Python フレームワークがこれらの問題を解決できるわけではありません。そのため、非同期プログラミングを処理するために特別に設計された、Tornado や Aiohttp などのいくつかの新しい Python フレームワークが登場しました。

この記事では、Python 非同期プログラミングの基礎知識と、Web 開発におけるその応用について紹介します。

1. 非同期プログラミングとは何ですか?
2. Python による非同期プログラミングの 2 つの実装方法
3. Python 非同期プログラミングのメリット
4. Python 非同期フレームワークの比較と応用
5. 非同期プログラミングとは何ですか?

非同期プログラミングとは、コンピューター システムの I/O 操作と計算を分離して、1 つの操作が完了するのを待たずに別の操作を実行できるようにすることを指します。通常の I/O 操作は操作が完了するまで待機するため、多くの貴重な時間が無駄になります。非同期プログラミングの利点は、CPU リソースを効果的に使用しながら、待機時間を短縮し、システム パフォーマンスを向上できることです。

Python では、非同期プログラミングは非同期 IO を通じて実装されます。非同期 IO は、入出力操作を実行するときに、CPU または他のプロセスの実行をブロックせず、これらの操作が完了する前に他の操作を実行することを意味します。非同期 IO の特徴は、コールバック関数またはコルーチンを使用して、操作が完了する前にプログラムに通知して結果を返すことで、その結果は待機中のスレッドまたはプロセッサからすぐに呼び出すことができます。

2. Python で非同期プログラミングを実装する 2 つの方法

(1) コールバック関数:

コールバック関数は、次のことを目的とする特別な関数です。非同期プログラミングでエレガントなコードを書く。コールバック関数は通常、操作の完了後に、返された結果を処理するために呼び出されます。 Python には、Twisted や Asyncio など、コールバック関数ベースの非同期 IO をサポートするモジュールが多数あります。

(2) コルーチン:

コルーチンは軽量スレッドです。つまり、プロセス内でコルーチンを使用する複数のタスクが存在でき、コルーチンは 1 つの時点で特定の一時停止まで実行できます。コルーチンを実行しているプログラムが明示的にコルーチンを再開するまで、コルーチンは実行を継続しません。 Python 3.5 以降では、async/await 構文が導入され、Python のコルーチン モジュールが大幅に改良され、これらの関数は Python 3.5 の標準ライブラリの一部となり、Web 開発で広く使用されています。

3. Python 非同期プログラミングの利点

Python 非同期プログラミングの主な利点の 1 つは、多数の同時接続リクエストを処理するときに、スレッドやI/O イベントを処理するためにリソースを処理するため、CPU リソースとメモリ オーバーヘッドが大幅に節約されます。非同期プログラミング I/O モデルは、Web アプリケーション、特に入力と出力が集中するアプリケーションに適しており、非同期 I/O モデルは特に役立ちます。

さらに、非同期プログラミングでは複数のタスクを同時に実行したり、それらのタスク間で切り替えたりできるため、応答性が向上し、ユーザーはより迅速かつ確実に結果を取得できます。

4. Python 非同期フレームワークの比較と応用

Python 非同期フレームワークには主に Tornado と Aiohttp が含まれており、どちらも I/O 集約型の運用環境に焦点を当てています。アプリケーション開発はすべて高い拡張性とパフォーマンスを備えています。

Tornado は、高性能の非同期プログラミング フレームワークです。Node.js スタイルの非同期コードは使いやすく、非同期 HTTP クライアントとサーバーをサポートしています。Web アプリケーションの機能をカスタマイズできるシンプルな Web サービスが付属しています。 Tornado の特徴は、シングルスレッドのノンブロッキング プログラミング モデルを使用してリクエストを処理することです。これは、IO 集中型のタスクを処理するのに非常に役立ちます。

Aiohttp は、Web アプリケーションと HTTP クライアントを構築するための純粋な Python 非同期フレームワークです。この Python フレームワークは、非同期トラフィックを使用して Web サービスの応答性を高め、開発者が標準の関数と構文を使用して非同期コードを定義できるようにします。これにより、Aiohttp は、同時実行性が高く、I/O 集中型のタスクの処理に適しています。

概要:

Python は現在非常に人気のあるプログラミング言語であり、柔軟性とスケーラビリティが高く、Web アプリケーションの開発ニーズを満たしているため、多くの開発者に広く採用されています。

Python 非同期プログラミングは、Python フレームワークで使用される実装手法であり、待ち時間を短縮し、システムのパフォーマンスを向上させながら、システム リソースを有効に活用できる非同期処理技術を実装します。

Python の非同期フレームワークには主に Tornado と Aiohttp が含まれており、どちらも優れたパフォーマンスとスケーラビリティを備えており、高パフォーマンスの Web アプリケーションの構築や I/O 集約型タスクの処理に広く使用されています。

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