Python非同步之非阻塞流如何使用

1. 非同步流

asyncio 的一個主要好處是能夠使用非阻塞流。

Asyncio 提供非阻塞 I/O 套接字程式設計。這是透過流提供的。

可以開啟提供對流寫入器和流寫入器的存取的套接字。在合適的時候，使用協同程式可以從流中寫入和讀取資料並暫停。完成後，可以關閉套接字。

非同步串流功能是低階的，這意味著必須手動實作所需的任何協定。

這可能包含常見的Web 協議，例如：

• 用於與Web 伺服器互動的HTTP 或HTTPS

• 用於與電子郵件伺服器互動的SMTP

• 用於與檔案伺服器互動的FTP。

這些流也可用於建立伺服器以使用標準協定處理請求，或開發您自己的特定於應用程式的協定。

現在我們知道什麼是非同步流，讓我們看看如何使用它們。

2. 如何開啟連線

可以使用 asyncio.open_connection() 函數開啟 asyncio TCP 用戶端套接字連線。

這是一個必須等待的協程，一旦套接字連線開啟就會回傳。

此函數傳回用於與套接字互動的 StreamReader 和 StreamWriter 物件。

...
# open a connection
reader, writer = await asyncio.open_connection(...)

There are multiple parameters that can be used to configure the socket connection in the asyncio.open_connection() function.。兩個必需的參數是主機和連接埠。

host 是一個字串，指定要連接的伺服器，例如網域名稱或 IP 位址。

port為socket埠號，如HTTP伺服器為80，HTTPS伺服器為443，SMTP為23等。

...
# open a connection to an http server
reader, writer = await asyncio.open_connection('www.google.com', 80)

透過 SSL 協定支援加密套接字連線。最常見的範例可能是正在取代 HTTP 的 HTTPS。這可以透過將“ssl”參數設為 True 來實現。

...
# open a connection to an https server
reader, writer = await asyncio.open_connection('www.google.com', 443, ssl=True)

3. 如何啟動伺服器

可以使用 asyncio.start_server() 函數開啟 asyncio TCP 伺服器套接字。這是一個必須等待的協程。

此函數傳回一個代表正在執行的伺服器的 asyncio.Server 物件。

...
# start a tcp server
server = await asyncio.start_server(...)

三個必要的參數是回呼函數、主機和連接埠。當客戶端連接到伺服器時，回呼函數會被調用，它是一個有名稱的自訂函數。

主機是用戶端將指定連線的網域名稱或 IP 位址。 FTP使用的連接埠是21，HTTP使用的連接埠是80。這些連接埠是用於接收連接的套接字連接埠號碼。

# handle connections
async def handler(reader, writer):
	# ...
...
# start a server to receive http connections
server = await asyncio.start_server(handler, '127.0.0.1', 80)

4. 如何使用 StreamWriter 寫入資料

可以藉助 asyncio.StreamWriter 將資料傳輸到套接字。資料以位元組形式寫入。可以使用 write() 方法將位元組資料寫入套接字。

...
# write byte data
writer.write(byte_data)

或者，可以使用 writelines() 方法寫入組織成列表或可迭代的多「行」位元組資料。

...
# write lines of byte data
writer.writelines(byte_lines)

寫入資料塊或掛起呼叫協程的方法都沒有。寫入位元組資料後，最好透過 drain() 方法清空套接字。這是一個協程，會使呼叫者暫停，直到資料傳輸並且插座就緒。

...
# write byte data
writer.write(byte_data)
# wait for data to be transmitted
await writer.drain()

5. 如何使用 StreamReader 讀取資料

使用 asyncio.StreamReader 可以讀取套接字中的資料。資料以位元組格式讀取，因此字串在使用前可能需要進行編碼。所有讀取方法都是必須等待的協程。

可以透過 read() 方法讀取任意數量的字節，該方法將一直讀取到檔案末尾 (EOF)。

...
# read byte data
byte_data = await reader.read()

此外，可以透過「n」參數指定要讀取的位元組數。如果您知道下一個回應的預期位元組數，這可能會有所幫助。

...
# read byte data
byte_data = await reader.read(n=100)

可以使用 readline() 方法讀取單行資料。這將返回字節，直到遇到換行符“\n”或 EOF。

這在閱讀使用文字行操作的標準協定時很有用。

...
# read a line data
byte_line = await reader.readline()

此外，還有一個readexactly() 方法來讀取確切數量的字節，否則會引發異常，還有一個readuntil() 方法將讀取字節，直到讀取字節形式的指定字元。

6. 如何關閉連線

可以使用 asyncio.StreamWriter 物件關閉網路套接字。可以呼叫 close() 方法來關閉套接字。此方法不會阻塞。

...
# close the socket
writer.close()

儘管 close() 方法是非阻塞的，我們可以等待套接字完全關閉後再繼續。這可以透過 wait_closed() 方法來實現。這是一個可以等待的協程。

...
# close the socket
writer.close()
# wait for the socket to close
await writer.wait_closed()

我們可以透過 is_closing() 方法檢查套接字是否已經關閉或正在關閉。

...
# check if the socket is closed or closing
if writer.is_closing():
	# ...

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