Python非同步在非阻塞子程序中執行命令的方法是什麼

1. 什麼是 asyncio.subprocess.Process

我們可以從 asyncio 執行指令。在允許使用非阻塞 I/O 進行讀寫操作的子程序中，該命令將被執行。

asyncio模組中的subprocess模組提供了表示由asyncio運行的子程序的Process類別。在 asyncio 程式中，它提供了子程序的句柄，使得可以對其進行操作，例如等待和終止。

此 API 與 multiprocessing.Process 類別非常相似，可能與 subprocess.Popen 類別更相似。具體來說，它與 subprocess.Popen 共享 wait()、communicate() 和 send_signal() 等方法以及 stdin、stdout 和 stderr 等屬性。

現在我們知道了 asyncio.subprocess.Process 類別是什麼，讓我們看看如何在我們的 asyncio 程式中使用它。

我們不會直接產生 asyncio.subprocess.Process 實例。與此相反，當在 asyncio 程式中執行子程序時，一個類別的實例將會自動建立。

有兩種方法可以將外部程式執行為子流程並取得 Process 實例，它們是：

• asyncio.create_subprocess_exec() 用於直接執行命令。

• 使用asyncio.create_subprocess_shell()函數可以透過使用shell來執行指令。

讓我們依序看一下每個範例。

2. 如何直接執行命令

命令是在命令列（終端機或命令提示字元）上執行的程式。這是另一個直接運行的程式。

Linux 和macOS 上的常見範例可能是：

• #‘ls’ 列出目錄的內容

• &lsquo ;cat’報告文件的內容

• “data”報告日期

• ‘echo’ 報告一個字串

• #‘sleep’ 睡眠幾秒鐘

#透過使用create_subprocess_exec() 函數，我們可以在asyncio 程式中執行指令。

asyncio.create_subprocess_exec() 函式接受一個指令並直接執行它。

這很有用，因為它允許命令在子進程中執行，並允許 asyncio 協程讀取、寫入和等待它。

與 asyncio.create_subprocess_shell() 函式不同，asyncio.create_subprocess_exec() 不會使用 shell 執行指令。

這表示 shell 提供的功能，例如 shell 變數、腳本和通配符，在執行命令時不可用。

這也意味著執行指令可能會更安全，因為沒有機會進行 shell 注入。

現在我們知道了 asyncio.create_subprocess_exec() 的作用，讓我們看看如何使用它。

2.1. 如何使用 Asyncio create_subprocess_exec()

asyncio.create_subprocess_exec() 函式將在子程序中執行給定的字串指令。

它傳回一個代表子程序的 asyncio.subprocess.Process 物件。

由於 create_subprocess_exec() 函數是協程，我們需要等待它。它會在子流程啟動後返回，而不是在子流程完成時返回。

...
# execute a command in a subprocess
process = await asyncio.create_subprocess_exec('ls')

在使用 create_subprocess_exec() 函數時，必須將該指令的參數作為後續參數提供。

...
# execute a command with arguments in a subprocess
process = await asyncio.create_subprocess_exec('ls', '-l')

我們可以透過等待 wait() 方法來等待子進程完成。

...
# wait for the subprocess to terminate
await process.wait()

我們可以透過呼叫 terminate() 或 kill() 方法直接停止子進程，這將在子進程中引發一個訊號。

...
# terminate the subprocess
process.terminate()

標準輸入輸出和錯誤將透過 stdin、stderr 和 stdout 進行處理。我們可以讓 asyncio 程式處理子程序的輸入或輸出。

這可以透過指定輸入或輸出流並指定要重定向的常數來實現，例如 asyncio.subprocess.PIPE。

例如，我們可以將指令的輸出重定向到 asyncio 程式：

...
# start a subprocess and redirect output
process = await asyncio.create_subprocess_exec('ls', stdout=asyncio.subprocess.PIPE)

然後我們可以透過 asyncio.subprocess.Process 實例透過 communicate() 方法讀取程式的輸出。

此方法是協程，必須等待。它用於透過子流程發送和接收資料。

...
# read data from the subprocess
line = process.communicate()

我們也可以透過以位元組為單位設定「input」參數，透過 communicate() 方法將資料傳送到子進程。

...
# start a subprocess and redirect input
process = await asyncio.create_subprocess_exec('ls', stdin=asyncio.subprocess.PIPE)
# send data to the subprocess
process.communicate(input=b'Hello\n')

在後台，asyncio.subprocess.PIPE 將子進程配置為指向StreamReader 或StreamWriter，用於向子進程發送資料或從子進程發送數據，並且communicate() 方法將從配置的讀取器讀取或寫入位元組。

我們可以透過子進程透過 stdin、stdout 和 stderr 屬性直接與 StreamReader 或 StreamWriter 互動。

...
# read a line from the subprocess output stream
line = await process.stdout.readline()

讓我們來看一些使用 create_subprocess_exec() 函數的實際案例，現在我們已經掌握瞭如何使用它。

2.2. Asyncio create_subprocess_exec() 範例

我們可以探索如何在 asyncio 的子進程中執行指令。在這個例子中，我們將執行“echo”命令來報告一個字串。

echo 指令將直接在標準輸出上報告提供的字串。下面列出了完整的範例。

請注意，此範例假設您可以訪問“echo”命令，我不確定它是否適用於 Windows。

# SuperFastPython.com
# example of executing a command as a subprocess with asyncio
import asyncio
 
# main coroutine
async def main():
    # start executing a command in a subprocess
    process = await asyncio.create_subprocess_exec('echo', 'Hello World')
    # report the details of the subprocess
    print(f'subprocess: {process}')
 
# entry point
asyncio.run(main())

运行示例首先创建 main() 协程并将其作为 asyncio 程序的入口点执行。

main() 协程运行并调用 create_subprocess_exec() 函数来执行命令。

main() 协程在创建子进程时挂起。返回一个 Process 实例。

main() 协程恢复并报告子进程的详细信息。 main() 进程终止，asyncio 程序终止。

echo 命令的输出在命令行上报告。这突出了我们如何从 asyncio 程序执行命令。

Hello World
subprocess: <Process 50249>

3. 如何通过 Shell 运行命令

我们可以使用 shell 执行命令。称为命令行解释器 (CLI)，shell 是用来操作命令行界面的用户界面。它将代表用户解释和执行命令。

它还提供诸如用于脚本、通配符、管道、shell 变量（例如 PATH）等的原始编程语言等功能。

例如，我们可以将一条命令的输出重定向为另一条命令的输入，比如将“/etc/services”文件的内容重定向到word count命令“wc”中，统计行数：

cat /etc/services | wc -l

基于 Unix 的操作系统中的 shell 示例包括：

shell 已经在运行，它被用来启动 Python 程序。您无需执行任何特殊操作即可获取或访问 shell。

我们可以通过 create_subprocess_shell() 函数从 asyncio 程序执行命令。

asyncio.create_subprocess_shell() 函数接受一个命令并使用当前用户 shell 执行它。

这很有用，因为它不仅允许执行命令，还允许使用 shell 的功能，例如重定向、通配符等。

该命令将在执行 asyncio 程序的进程的子进程中执行。重要的是，asyncio 程序能够与子进程异步交互，例如通过协程。

通过 shell 而不是直接执行命令时，可能会有安全考虑。

这是因为请求执行命令和正在执行的命令之间至少存在一层间接和解释，允许可能的恶意注入。

现在我们知道了 asyncio.create_subprocess_shell() 的作用，让我们看看如何使用它。

3.1. 如何使用 Asyncio create_subprocess_shell()

asyncio.create_subprocess_shell() 函数将通过当前 shell 执行给定的字符串命令。

它返回一个表示进程的 asyncio.subprocess.Process 对象。

它和上一节中介绍的 create_subprocess_shell() 函数非常类似。不过，我们将回顾如何使用该函数以及如何通过 Process 实例与流程交互（以防您直接跳到本节）。

我们需要等待create_subprocess_shell()函数完成，因为它是一个协程。它会在子流程启动后返回，而不是在子流程完成时返回。

...
# start a subprocess
process = await asyncio.create_subprocess_shell('ls')

我们可以通过等待 wait() 方法来等待子进程完成。

...
# wait for the subprocess to terminate
await process.wait()

我们可以通过调用 terminate() 或 kill() 方法直接停止子进程，这将在子进程中引发一个信号。

命令的输入和输出将由 shell 处理，例如标准输入、标准错误和标准输出。

我们可以让 asyncio 程序处理子进程的输入或输出。

这可以通过指定输入或输出流并指定要重定向的常量来实现，例如 asyncio.subprocess.PIPE。

例如，我们可以将命令的输出重定向到 asyncio 程序：

...
# start a subprocess and redirect output
process = await asyncio.create_subprocess_shell('ls', stdout=asyncio.subprocess.PIPE)

然后我们可以通过 asyncio.subprocess.Process 实例通过 communicate() 方法读取程序的输出。

此方法是协程，必须等待。它用于通过子流程发送和接收数据。

...
# read data from the subprocess
line = process.communicate()

我们还可以通过以字节为单位设置“input”参数，通过 communicate() 方法将数据发送到子进程。

...
# start a subprocess and redirect input
process = await asyncio.create_subprocess_shell('ls', stdin=asyncio.subprocess.PIPE)
# send data to the subprocess
process.communicate(input=b'Hello\n')

在后台，asyncio.subprocess.PIPE 将子进程配置为指向 StreamReader 或 StreamWriter，用于向子进程发送数据或从子进程发送数据，并且 communicate() 方法将从配置的读取器读取或写入字节。

我们可以通过子进程通过 stdin、stdout 和 stderr 属性直接与 StreamReader 或 StreamWriter 交互。

...
# read a line from the subprocess output stream
line = await process.stdout.readline()

现在我们已经掌握了如何使用 create_subprocess_shell() 函数，接下来让我们查看一些实际工作示例。

3.2. Asyncio create_subprocess_shell() 示例

我们可以尝试用 shell 在 asyncio 的子进程中执行指令。在这个例子中，我们将执行“echo”命令来报告一个字符串。

echo 命令将直接在标准输出上报告提供的字符串。下面列出了完整的示例。

请注意，此示例假设您可以访问“echo”命令，我不确定它是否适用于 Windows。

# SuperFastPython.com
# example of executing a shell command as a subprocess with asyncio
import asyncio
 
# main coroutine
async def main():
    # start executing a shell command in a subprocess
    process = await asyncio.create_subprocess_shell('echo Hello World')
    # report the details of the subprocess
    print(f'subprocess: {process}')
 
# entry point
asyncio.run(main())

首先创建 main() 协程并将其作为入口点运行的是 asyncio 程序的示例。在 main() 协程中，通过调用 create_subprocess_shell() 函数来执行命令。

main() 协程在运行时调用 create_subprocess_shell() 函数来执行命令。main() 协程恢复并报告子进程的详细信息。 main() 进程终止，asyncio 程序终止。

echo 命令的输出在命令行上报告。这个例子清晰地展示了我们如何利用 shell 从 asyncio 程序中运行命令。

subprocess: <Process 43916>
Hello World

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