协程与事件循环

协程与事件循环

协程

协程是一种用户态的轻量级线程，允许在多个任务间高效的切换，而无需依赖操作系统的线程调度。

特点

• 协作式多任务：协程主动让出执行权(通过 yield 或 await)，而非被操作系统调度(强制中断——抢占式)。
• 状态保存：协程的状态保存在协程的栈中，协程切换时保存上下文(如局部变量、执行位置)， 恢复时从中断处继续。
• 性能提升：协程相比线程，在切换消耗上性能提升。

缺点

• 需要在代码中显式调用，且需要手动维护协程状态，容易出错。
• 调试困难，调试协程时，需要手动跟踪协程状态，且协程切换时，会中断程序执行，需要手动恢复。

协程实现

协程库中有很多实现的方式，详情请参考协程相关文档。

import asyncio

async def my_coroutine():
    print("协程开始")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟异步操作
    print("协程结束")

# 运行协程
asyncio.run(my_coroutine())

协程在运行需要使用 asyncio.run() 函数，该函数会创建一个事件循环，并运行协程。

事件循环

事件循环是协程的运行环境，它负责管理协程的生命周期，包括协程的创建、调度和销毁。

特点

• 单线程调度器：在单线程中轮询任务队列，决定何时执行哪个任务。
• 事件驱动：监听外部事件（如IO操作完成、定时器到期等），并根据事件触发相应的任务（如回调或协程恢复）。
• 非阻塞执行：通过异步IO和任务切换，避免因等待资源而阻塞主线程。

工作原理图

启动循环

检查任务队列

执行就绪任务

监听事件

触发回调

循环重复

协程注意事项

• 1. 禁止直接调用协程函数
  错误示例： coroutine() (未 await)
  正确示例： await coroutine() 或 asyncio.create_task(coroutine())
• 2. 协程函数中不能包含同步代码
  协程中不能包含同步代码，因为协程是运行在单线程中的，如果协程中包含同步代码，则协程会阻塞整个线程，导致其他协程无法运行。
  错误示例：

  async def coroutine(): 
      print("协程开始")
      time.sleep(5)          # 错误示例：同步代码
      print("协程结束")
  

  正确示例：

  async def coroutine(): 
      print("协程开始")
      await time.sleep(5)    # 改成异步代码（对于不可避免的同步操作，可使用 run_in_executor 重构）
      print("协程结束")
  

• 3. 资源释放
  事件循环在使用 loop.close() 关闭时，会自动释放所有资源。
• 4. 协程的Debug
  协程因为难调试的特点，所以在调试时，通过环境变量设置 PYTHONASYNCIODEBUG=1 来开启协程调试。