FastAPI 的运行方式解析：def、async def、线程池、异步与等待的区别与联系

引言

        FastAPI 作为一个现代、高性能的 Web 框架，能够充分发挥 Python 异步编程能力，兼容传统同步代码，又能拥抱异步世界，兼顾易用性与性能。本篇文章将系统梳理 FastAPI 中的三种路径函数运行方式及其底层机制，探讨 def、async def、线程池的本质差异和最佳使用方式，并最终思考异步、等待与线程池之间的联系。

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一、FastAPI 支持的三种路径操作函数运行方式

FastAPI 允许你以三种方式编写路径操作函数（视图函数）：

1. 使用 async def 编写异步函数

@app.get("/data")
async def get_data():
    result = await some_async_library_call()
    return result

• ✅ 适合：调用支持 await 的异步库，如 httpx、asyncpg、aioredis 等。

• ✅ 优点：非阻塞，高性能。支持“结构化并发”，提升响应效率。

• ⚠️ 注意：只能在 async def 函数中使用 await。

2. 使用同步函数 def（内部无阻塞 I/O）

@app.get("/status")
def status():
    return {"status": "ok"}

• ✅ 适合：CPU 密集或完全本地计算、不依赖外部 I/O 的函数。

• ⚠️ 注意：在 FastAPI 中此类 def 函数默认会在 线程池 中运行，以避免阻塞主事件循环（Event Loop）。

3. 使用同步函数 def（含阻塞 I/O）

@app.get("/blocking")
def call_blocking_io():
    result = some_blocking_library_call()
    return result

• ✅ 适合：调用不支持异步的传统库，如 requests、pymysql、psycopg2。

• ✅ FastAPI 机制：FastAPI 会将该 def 函数调度到一个线程池执行，避免主线程阻塞。

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二、三种方式对比总结

运行方式	写法	是否阻塞事件循环	推荐场景	性能表现
异步（async）	async def	否	异步网络 I/O、数据库、API 请求	⭐⭐⭐⭐⭐ 高并发优选
同步非阻塞（def）	def	否（由线程池运行）	快速计算、小逻辑处理	⭐⭐⭐⭐ 稳定安全
同步阻塞（def）	def	否（由线程池运行）	使用阻塞库（如 requests）	⭐⭐⭐ 稍慢，但兼容性好

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三、线程池、事件循环与异步等待之间的区别与联系

1. 等待（await） ≠ 异步（async）

• await 表示：暂停执行当前协程，等待另一个协程的结果返回。

• 它必须出现在一个 async def 函数内部，是事件循环能调度任务的关键。

2. 异步代码 = 使用 async def + await

• 本质上异步代码是一种 非阻塞式 I/O 调度机制。

• 利用 事件循环（Event Loop） 控制多个 I/O 任务并发运行。

3. 线程池（ThreadPoolExecutor）

• 是 FastAPI 在处理 同步 def 函数 时的幕后机制。

• 当你用 def 声明视图函数，FastAPI 会将其调度到线程池中运行，从而避免阻塞主事件循环。

• 每个请求线程拥有自己的上下文，能处理阻塞库调用。

4. 并发与并行的区别

概念	关键机制	应用层举例	适合任务类型
并发	异步 + 事件循环	Web 请求、数据库查询	I/O 密集型
并行	多线程 / 多进程	图像处理、视频转码	CPU 密集型

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四、什么时候用 async，什么时候用 def？

✅ 使用 async def 的最佳场景

• 调用异步 API（如 httpx）

• 操作异步数据库（如 asyncpg）

• 等待 Redis、Kafka 等异步中间件

✅ 使用 def 的推荐场景

• 使用传统阻塞库（如 requests, pymysql）

• 快速本地逻辑判断，不依赖外部 I/O

• 与旧系统兼容迁移

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五、终极思考：等待、异步与线程池是同一个东西吗？

❌ 它们不是同一个东西：

概念	本质	是否异步	是否阻塞	常用场景
await	协程中的挂起点	✅	❌	异步函数中的等待点
异步	事件循环+协程机制	✅	❌	高并发网络请求、数据库
线程池	多线程调度	❌	✅（线程内阻塞）	同步阻塞库兼容方案

✅ 它们的关联：

• 异步 (async/await) 是编写非阻塞代码的语言机制；

• 线程池 是一种 兼容阻塞代码 的手段，让阻塞操作不会阻塞整个事件循环；

• 等待 (await) 是协程的调度标记，告诉 Python 此处可让出控制权；

• FastAPI 统一调度两者，让 async 和 def 共存，平滑过渡老旧代码与新异步逻辑。

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结语

        FastAPI 让 Python 的异步能力进入大众开发者视野，并通过简洁的 API 接口和底层的 Starlette 框架，优雅支持 async def 和 def 混用，帮助开发者轻松应对高并发、高性能的 API 开发需求。理解线程池、异步协程与等待的底层机制，将帮助你写出更稳健、更高效的后端服务。

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