python并发与并行(十一) ———— 让asyncio的事件循环保持畅通,以便进一步提升程序的响应能力

本文主要是介绍python并发与并行(十一) ———— 让asyncio的事件循环保持畅通,以便进一步提升程序的响应能力,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

前一篇blog说明了怎样把采用线程所实现的项目逐步迁移到asyncio方案上面。迁移后的run_tasks协程,可以将多份输入文件通过tail_async协程正确地合并成一份输出文件。

import asyncio# On Windows, a ProactorEventLoop can't be created within
# threads because it tries to register signal handlers. This
# is a work-around to always use the SelectorEventLoop policy
# instead. See: https://bugs.python.org/issue33792
policy = asyncio.get_event_loop_policy()
policy._loop_factory = asyncio.SelectorEventLoopasync def run_tasks(handles, interval, output_path):with open(output_path, 'wb') as output:async def write_async(data):output.write(data)tasks = []for handle in handles:coro = tail_async(handle, interval, write_async)task = asyncio.create_task(coro)tasks.append(task)await asyncio.gather(*tasks)

但这样写有个大问题,就是针对输出文件所做的open、close以及write操作,全都要放在主线程中执行,而这些操作又需要在程序所处的操作系统执行系统调用,这些调用可能会让事件循环阻塞很长一段时间,导致其他协程没办法推进。这会降低程序的总体响应能力,而且会增加延迟,对于高并发服务器来说,这个问题尤其严重。

调用asyncio.run函数时,把debug参数设为True,可以帮助我们发现这种问题。例如,下面这种写法就能显示出,slow_coroutine协程所执行的系统调用耗时比较长,这可以提醒我们注意,要读取的文件是否已经损坏,或者其中某一行是否读不出来。

import timeasync def slow_coroutine():time.sleep(0.5)  # Simulating slow I/Oasyncio.run(slow_coroutine(), debug=True)

为了进一步提升程序的响应能力,我们可以想办法把那些有可能会执行系统调用的操作从程序本身的事件循环里面拿走。例如,新建这样一个Thread子类,让它把那种给输出文件写入数据的操作封装到自己的事件循环里面,这样就不会阻塞程序本身的事件循环了。

其他线程中的协程,可以直接调用这个线程类的write方法,并对该方法做await。其实这个write方法,只不过是把真正负责执行写入操作的那个real_write封装了起来。这种封装方式能够确保线程安全,因此不需要再通过Lock加锁.

然后,我们按照相似的思路,编写真正负责停止本线程的real_stop方法,并把它封装到stop里面,这样的话,其他协程就可以通过stop方法告知本线程应该结束工作。这项操作同样是线程安全的。

另外,还可以定义__aenter__与__aexit__方法,让我们的线程能够用在异步版本的with语句之中,以确保该线程的启动与关闭会安排在适当的时机执行,而不拖慢主事件循环所在的那条线程。

from threading import Threadclass WriteThread(Thread):def __init__(self, output_path):super().__init__()self.output_path = output_pathself.output = Noneself.loop = asyncio.new_event_loop()def run(self):asyncio.set_event_loop(self.loop)with open(self.output_path, 'wb') as self.output:self.loop.run_forever()# Run one final round of callbacks so the await on# stop() in another event loop will be resolved.self.loop.run_until_complete(asyncio.sleep(0))# Example 4async def real_write(self, data):self.output.write(data)async def write(self, data):coro = self.real_write(data)future = asyncio.run_coroutine_threadsafe(coro, self.loop)await asyncio.wrap_future(future)# Example 5async def real_stop(self):self.loop.stop()async def stop(self):coro = self.real_stop()future = asyncio.run_coroutine_threadsafe(coro, self.loop)await asyncio.wrap_future(future)# Example 6async def __aenter__(self):loop = asyncio.get_event_loop()await loop.run_in_executor(None, self.start)return selfasync def __aexit__(self, *_):await self.stop()

这段代码演示了如何结合使用 Python 的 asyncio 模块和线程 (threading.Thread) 来创建一个在单独线程中运行的异步事件循环。这在需要在异步环境中执行 I/O 操作,但又不想阻塞主事件循环时非常有用。下面是对代码中关键部分的解释:

WriteThread 类 (继承自 Thread)

  1. 初始化 (__init__ 方法):

    • 构造函数设置了 output_path,这是输出文件的路径。
    • self.loop 创建了一个新的异步事件循环。
  2. run 方法:

    • 这个方法是线程的入口点,它设置当前线程的事件循环,并打开输出文件。
    • self.loop.run_forever() 使事件循环持续运行,直到调用 stop 方法。
    • 最后,通过 self.loop.run_until_complete(asyncio.sleep(0)) 确保事件循环能够完成所有挂起的协程。

异步写入方法

  1. real_write 协程:

    • 这是一个普通的协程,用于执行实际的写入操作。
  2. write 协程:

    • 这个方法使用 asyncio.run_coroutine_threadsafe 安全地从另一个线程运行 real_write 协程。
    • 它等待 real_write 完成,并使用 await asyncio.wrap_future(future)Future 对象包装为协程。

停止事件循环

  1. real_stop 协程:

    • 这个方法简单地调用 self.loop.stop() 来停止事件循环。
  2. stop 协程:

    • 类似于 write 方法,它使用 asyncio.run_coroutine_threadsafe 来安排 real_stop 在事件循环中运行。

上下文管理器协议

  1. __aenter__ 协程:

    • 这个方法实现了上下文管理器协议的 __enter__ 方法,允许使用 with 语句来管理 WriteThread 对象的生命周期。
    • 它使用 await 来启动线程。
  2. __aexit__ 协程:

    • 这个方法实现了上下文管理器协议的 __exit__ 方法,用于清理操作,比如停止事件循环。

关键点

  • 事件循环在新线程中运行:通过在 Thread 的子类中创建和运行自己的事件循环,可以在不阻塞主线程的情况下执行异步操作。
  • 线程安全地运行协程:使用 asyncio.run_coroutine_threadsafe 可以在不同的线程中安排协程的执行。
  • 上下文管理器:通过实现 __aenter____aexit__ 方法,WriteThread 对象可以在 with 语句中使用,这提供了一种优雅的资源管理方式。

这种模式允许你将异步 I/O 操作与线程结合使用,充分利用 asyncio 的优势,同时避免在 I/O 密集型操作中阻塞主事件循环。

写好了新的线程类之后,我们可以重构run_tasks,把它变成纯粹的异步版本。这个版本更易读懂,而且完全避免了那些耗时较长的系统调用把主事件循环所在的线程拖慢。

class NoNewData(Exception):passdef readline(handle):offset = handle.tell()handle.seek(0, 2)length = handle.tell()if length == offset:raise NoNewDatahandle.seek(offset, 0)return handle.readline()async def tail_async(handle, interval, write_func):loop = asyncio.get_event_loop()while not handle.closed:try:line = await loop.run_in_executor(None, readline, handle)except NoNewData:await asyncio.sleep(interval)else:await write_func(line)async def run_fully_async(handles, interval, output_path):async with WriteThread(output_path) as output:tasks = []for handle in handles:coro = tail_async(handle, interval, output.write)task = asyncio.create_task(coro)tasks.append(task)await asyncio.gather(*tasks)

现在验证这样写是否正确。我们把一批输入文件所对应的句柄放在handles里面,交给run_fully_async去合并,然后调用confirm_merge函数,以确认这些文件之中的内容,已经合并到了输出文件里面。

import collections
import os
import random
import string
from tempfile import TemporaryDirectorydef write_random_data(path, write_count, interval):with open(path, 'wb') as f:for i in range(write_count):time.sleep(random.random() * interval)letters = random.choices(string.ascii_lowercase, k=10)data = f'{path}-{i:02}-{"".join(letters)}\n'f.write(data.encode())f.flush()def start_write_threads(directory, file_count):paths = []for i in range(file_count):path = os.path.join(directory, str(i))with open(path, 'w'):# Make sure the file at this path will exist when# the reading thread tries to poll it.passpaths.append(path)args = (path, 10, 0.1)thread = Thread(target=write_random_data, args=args)thread.start()return pathsdef close_all(handles):time.sleep(1)for handle in handles:handle.close()def setup():tmpdir = TemporaryDirectory()input_paths = start_write_threads(tmpdir.name, 5)handles = []for path in input_paths:handle = open(path, 'rb')handles.append(handle)Thread(target=close_all, args=(handles,)).start()output_path = os.path.join(tmpdir.name, 'merged')return tmpdir, input_paths, handles, output_path# Example 9
def confirm_merge(input_paths, output_path):found = collections.defaultdict(list)with open(output_path, 'rb') as f:for line in f:for path in input_paths:if line.find(path.encode()) == 0:found[path].append(line)expected = collections.defaultdict(list)for path in input_paths:with open(path, 'rb') as f:expected[path].extend(f.readlines())for key, expected_lines in expected.items():found_lines = found[key]assert expected_lines == found_linesinput_paths = ...
handles = ...
output_path = ...tmpdir, input_paths, handles, output_path = setup()asyncio.run(run_fully_async(handles, 0.1, output_path))confirm_merge(input_paths, output_path)tmpdir.cleanup()

完整代码:


# Example 1
import asyncio# On Windows, a ProactorEventLoop can't be created within
# threads because it tries to register signal handlers. This
# is a work-around to always use the SelectorEventLoop policy
# instead. See: https://bugs.python.org/issue33792
policy = asyncio.get_event_loop_policy()
policy._loop_factory = asyncio.SelectorEventLoopasync def run_tasks(handles, interval, output_path):with open(output_path, 'wb') as output:async def write_async(data):output.write(data)tasks = []for handle in handles:coro = tail_async(handle, interval, write_async)task = asyncio.create_task(coro)tasks.append(task)await asyncio.gather(*tasks)# Example 2
import timeasync def slow_coroutine():time.sleep(0.5)  # Simulating slow I/Oasyncio.run(slow_coroutine(), debug=True)# Example 3
from threading import Threadclass WriteThread(Thread):def __init__(self, output_path):super().__init__()self.output_path = output_pathself.output = Noneself.loop = asyncio.new_event_loop()def run(self):asyncio.set_event_loop(self.loop)with open(self.output_path, 'wb') as self.output:self.loop.run_forever()# Run one final round of callbacks so the await on# stop() in another event loop will be resolved.self.loop.run_until_complete(asyncio.sleep(0))async def real_write(self, data):self.output.write(data)async def write(self, data):coro = self.real_write(data)future = asyncio.run_coroutine_threadsafe(coro, self.loop)await asyncio.wrap_future(future)async def real_stop(self):self.loop.stop()async def stop(self):coro = self.real_stop()future = asyncio.run_coroutine_threadsafe(coro, self.loop)await asyncio.wrap_future(future)async def __aenter__(self):loop = asyncio.get_event_loop()await loop.run_in_executor(None, self.start)return selfasync def __aexit__(self, *_):await self.stop()class NoNewData(Exception):passdef readline(handle):offset = handle.tell()handle.seek(0, 2)length = handle.tell()if length == offset:raise NoNewDatahandle.seek(offset, 0)return handle.readline()async def tail_async(handle, interval, write_func):loop = asyncio.get_event_loop()while not handle.closed:try:line = await loop.run_in_executor(None, readline, handle)except NoNewData:await asyncio.sleep(interval)else:await write_func(line)async def run_fully_async(handles, interval, output_path):async with WriteThread(output_path) as output:tasks = []for handle in handles:coro = tail_async(handle, interval, output.write)task = asyncio.create_task(coro)tasks.append(task)await asyncio.gather(*tasks)# This is all code to simulate the writers to the handles
import collections
import os
import random
import string
from tempfile import TemporaryDirectorydef write_random_data(path, write_count, interval):with open(path, 'wb') as f:for i in range(write_count):time.sleep(random.random() * interval)letters = random.choices(string.ascii_lowercase, k=10)data = f'{path}-{i:02}-{"".join(letters)}\n'f.write(data.encode())f.flush()def start_write_threads(directory, file_count):paths = []for i in range(file_count):path = os.path.join(directory, str(i))with open(path, 'w'):# Make sure the file at this path will exist when# the reading thread tries to poll it.passpaths.append(path)args = (path, 10, 0.1)thread = Thread(target=write_random_data, args=args)thread.start()return pathsdef close_all(handles):time.sleep(1)for handle in handles:handle.close()def setup():tmpdir = TemporaryDirectory()input_paths = start_write_threads(tmpdir.name, 5)handles = []for path in input_paths:handle = open(path, 'rb')handles.append(handle)Thread(target=close_all, args=(handles,)).start()output_path = os.path.join(tmpdir.name, 'merged')return tmpdir, input_paths, handles, output_pathdef confirm_merge(input_paths, output_path):found = collections.defaultdict(list)with open(output_path, 'rb') as f:for line in f:for path in input_paths:if line.find(path.encode()) == 0:found[path].append(line)expected = collections.defaultdict(list)for path in input_paths:with open(path, 'rb') as f:expected[path].extend(f.readlines())for key, expected_lines in expected.items():found_lines = found[key]assert expected_lines == found_linesinput_paths = ...
handles = ...
output_path = ...tmpdir, input_paths, handles, output_path = setup()asyncio.run(run_fully_async(handles, 0.1, output_path))confirm_merge(input_paths, output_path)tmpdir.cleanup()

这篇关于python并发与并行(十一) ———— 让asyncio的事件循环保持畅通,以便进一步提升程序的响应能力的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1117086

相关文章

Python的Darts库实现时间序列预测

《Python的Darts库实现时间序列预测》Darts一个集统计、机器学习与深度学习模型于一体的Python时间序列预测库,本文主要介绍了Python的Darts库实现时间序列预测,感兴趣的可以了解... 目录目录一、什么是 Darts?二、安装与基本配置安装 Darts导入基础模块三、时间序列数据结构与

Python正则表达式匹配和替换的操作指南

《Python正则表达式匹配和替换的操作指南》正则表达式是处理文本的强大工具,Python通过re模块提供了完整的正则表达式功能,本文将通过代码示例详细介绍Python中的正则匹配和替换操作,需要的朋... 目录基础语法导入re模块基本元字符常用匹配方法1. re.match() - 从字符串开头匹配2.

Python使用FastAPI实现大文件分片上传与断点续传功能

《Python使用FastAPI实现大文件分片上传与断点续传功能》大文件直传常遇到超时、网络抖动失败、失败后只能重传的问题,分片上传+断点续传可以把大文件拆成若干小块逐个上传,并在中断后从已完成分片继... 目录一、接口设计二、服务端实现(FastAPI)2.1 运行环境2.2 目录结构建议2.3 serv

通过Docker容器部署Python环境的全流程

《通过Docker容器部署Python环境的全流程》在现代化开发流程中,Docker因其轻量化、环境隔离和跨平台一致性的特性,已成为部署Python应用的标准工具,本文将详细演示如何通过Docker容... 目录引言一、docker与python的协同优势二、核心步骤详解三、进阶配置技巧四、生产环境最佳实践

Python一次性将指定版本所有包上传PyPI镜像解决方案

《Python一次性将指定版本所有包上传PyPI镜像解决方案》本文主要介绍了一个安全、完整、可离线部署的解决方案,用于一次性准备指定Python版本的所有包,然后导出到内网环境,感兴趣的小伙伴可以跟随... 目录为什么需要这个方案完整解决方案1. 项目目录结构2. 创建智能下载脚本3. 创建包清单生成脚本4

Python实现Excel批量样式修改器(附完整代码)

《Python实现Excel批量样式修改器(附完整代码)》这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用Python实现一个Excel批量样式修改器,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一... 目录前言功能特性核心功能界面特性系统要求安装说明使用指南基本操作流程高级功能技术实现核心技术栈关键函

python获取指定名字的程序的文件路径的两种方法

《python获取指定名字的程序的文件路径的两种方法》本文主要介绍了python获取指定名字的程序的文件路径的两种方法,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要... 最近在做项目,需要用到给定一个程序名字就可以自动获取到这个程序在Windows系统下的绝对路径,以下

使用Python批量将.ncm格式的音频文件转换为.mp3格式的实战详解

《使用Python批量将.ncm格式的音频文件转换为.mp3格式的实战详解》本文详细介绍了如何使用Python通过ncmdump工具批量将.ncm音频转换为.mp3的步骤,包括安装、配置ffmpeg环... 目录1. 前言2. 安装 ncmdump3. 实现 .ncm 转 .mp34. 执行过程5. 执行结

Python实现批量CSV转Excel的高性能处理方案

《Python实现批量CSV转Excel的高性能处理方案》在日常办公中,我们经常需要将CSV格式的数据转换为Excel文件,本文将介绍一个基于Python的高性能解决方案,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一... 目录一、场景需求二、技术方案三、核心代码四、批量处理方案五、性能优化六、使用示例完整代码七、小结一、

Python中 try / except / else / finally 异常处理方法详解

《Python中try/except/else/finally异常处理方法详解》:本文主要介绍Python中try/except/else/finally异常处理方法的相关资料,涵... 目录1. 基本结构2. 各部分的作用tryexceptelsefinally3. 执行流程总结4. 常见用法(1)多个e