kanes·25 days ago

小白也能懂的Python协程与asyncio指南

一、从生活场景理解异步编程

1.1 买奶茶的两种方式

假设你要买三杯奶茶，每杯制作需要2分钟：

传统方式（同步）：

def 买奶茶_同步():
    for _ in range(3):
        等待2分钟()  # 干等着不动
        拿奶茶()

# 总耗时：3×2=6分钟 ❌

聪明方式（异步）：

async def 买奶茶_异步():
    订单列表 = [下单(), 下单(), 下单()]  # 同时下单
    await asyncio.gather(*订单列表)  # 边等边玩手机

# 总耗时：2分钟 ✅

1.2 协程就像外卖小哥

想象一个外卖小哥同时处理多个订单：

到A店取餐（等待时去B店）
途中接新订单（灵活调整路线）
送达后立即接下一单（不浪费时间）

这就是协程的工作方式！不需要多个小哥（线程），一个就能高效完成任务。

二、最简协程入门（附可运行代码）

2.1 Hello协程版

import asyncio

async def 打招呼(name):  # 关键1：async定义协程
    print(f"{name}开始做事")
    await asyncio.sleep(1)  # 关键2：遇到等待就挂起
    print(f"{name}事情做完啦")

async def 主任务():
    await asyncio.gather(
        打招呼("小明"),
        打招呼("小红")
    )

asyncio.run(主任务())  # 关键3：启动事件循环

输出结果：

小明开始做事
小红开始做事
（等待1秒）
小明事情做完啦
小红事情做完啦

2.2 执行过程图解

|700x615

三、必须掌握的3个核心概念

3.1 协程三要素

要素	说明	类比
async def	声明协程函数	给外卖订单贴上"加急"标签
await	暂停并让出控制权	小哥暂时离开去送其他订单
事件循环	协调所有任务的调度员	外卖平台派单系统

3.2 常见误区清单

错误：在普通函数中使用await

def 普通函数():
    await asyncio.sleep(1)  # 报错！

错误：忘记创建任务

async def 错误示例():
    # 顺序执行，没有并发！
    await 任务1()
    await 任务2()

正确做法：

async def 正确示例():
    task1 = asyncio.create_task(任务1())
    task2 = asyncio.create_task(任务2())
    await task1
    await task2

四、手把手实战：下载多张图片

4.1 同步版本（龟速）

import requests

def 下载图片(url):
    print(f"开始下载 {url}")
    data = requests.get(url).content
    with open("图片.jpg", "wb") as f:
        f.write(data)
    print(f"下载完成 {url}")

def 主函数():
    urls = ["url1", "url2", "url3"]  # 假设3个图片地址
    for url in urls:
        下载图片(url)

# 总耗时：单张耗时 × 数量

4.2 异步版本（飞一般的感觉）

import aiohttp

async def 异步下载(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        print(f"开始下载 {url}")
        async with session.get(url) as response:
            data = await response.read()
        with open(f"{url.split('/')[-1]}", "wb") as f:
            f.write(data)
        print(f"下载完成 {url}")

async def 主任务():
    urls = ["url1", "url2", "url3"]
    await asyncio.gather(*[异步下载(url) for url in urls])

asyncio.run(主任务())

4.3 性能对比

图片数量	同步耗时	异步耗时	速度提升
10	20s	2s	10倍
100	200s	5s	40倍

五、常见问题解答

Q1：协程和多线程有什么区别？

特性	协程	多线程
资源占用	一个线程搞定所有	每个线程需要独立资源
切换方式	主动让出控制权	被系统强制切换
适用场景	适合大量IO操作	适合计算密集型任务
编程难度	需要理解异步语法	需要处理线程安全问题

Q2：什么时候不能用协程？

需要大量CPU计算的场景（如视频转码）
使用不支持异步的库（比如传统的数据库驱动）
需要跨核并行计算（需结合多进程）

Q3：如何调试协程程序？

使用asyncio.run()作为入口
在协程内使用普通print语句

使用专业调试器：

import logging
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

六、最佳学习路线建议

6.1 新手三步走

先写同步代码理解业务流程
将耗时操作替换为async/await
用asyncio.gather实现并发

6.2 推荐练习项目

项目类型	实现功能	技能点
天气查询器	同时查询多个城市天气	基础异步请求
网页监控	定时检查多个网站状态	异步定时任务
聊天机器人	同时处理多个用户消息	并发消息处理