Python中的异步编程与协程

# 1. Ⅰ. 介绍异步编程

异步编程是现代编程中的重要概念，它改变了传统的同步编程方式。在本章节中，我们将深入探讨异步编程的概念和背景，异步编程的优势和适用场景，以及Python中异步编程与同步编程的区别。让我们一起来了解异步编程的重要性和应用。

# 2. Ⅱ. 异步编程相关概念

在异步编程中，有一些重要的概念需要理解和掌握，包括回调函数、事件循环、异步任务、异步IO、并发、并行等。让我们逐一介绍它们。

### A. 回调函数和事件循环

在异步编程中，回调函数起着至关重要的作用。当一个异步操作完成时，会调用预先注册的回调函数来处理结果，这样可以避免线程阻塞。事件循环则是异步编程的核心，它负责调度任务和事件的执行顺序。

下面是一个简单的Python示例，演示了回调函数和事件循环的基本用法：

import asyncio

# 定义一个回调函数
def callback_func(future):
    print('Callback function called')
    result = future.result()
    print(f'Result: {result}')

# 定义一个异步任务
async def async_task():
    print('Async task started')
    await asyncio.sleep(2)
    return 42

# 创建事件循环
loop = asyncio.get_event_loop()

# 创建一个Future对象
future = asyncio.ensure_future(async_task())

# 添加回调函数
future.add_done_callback(callback_func)

# 运行事件循环
loop.run_until_complete(future)

**代码总结：**
- 定义了一个回调函数`callback_func`，用于处理异步任务的结果。
- 定义了一个异步任务`async_task`，其中包含了异步IO操作`asyncio.sleep(2)`。
- 创建事件循环`loop`，使用`asyncio.ensure_future`创建一个Future对象`future`。
- 通过`add_done_callback`添加回调函数，最后通过`run_until_complete`运行事件循环。

**结果说明：**
- 运行代码后，会先输出"Async task started"，然后等待2秒后输出"Callback function called"和"Result: 42"。

### B. 异步任务和异步IO

异步任务是异步编程中的基本单位，它可以是一个IO操作、一个计算任务等。异步IO则是指在IO操作执行过程中，不会阻塞线程，从而提高系统的吞吐量和性能。

### C. 并发、并行和异步的区别与联系

在并发编程中，多个任务可以交替执行，但并不一定是同时执行；并行则是指多个任务同时执行。异步编程允许任务在IO操作或等待期间让出CPU，从而提高系统的吞吐量。

# 3. III. Python中的异步编程模块

在Python中，异步编程得到了很好的支持，主要是通过`asyncio`库来实现。下面将详细介绍Python中的异步编程模块。

#### A. asyncio库介绍

`asyncio`是Python标准库中提供的用于编写异步代码的库，它提供了事件循环、协程、任务等工具，帮助我们实现异步编程。

下面是一个简单的示例，展示了如何使用`asyncio`库创建一个简单的异步任务：

import asyncio

async def my_async_task():
    print("Start task")
    await asyncio.sleep(2)
    print("Task completed")

# 创建事件循环
loop = asyncio.get_event_loop()
# 执行异步任务
loop.run_until_complete(my_async_task())

**代码说明**:
- 创建了一个名为`my_async_task`的异步任务，其中通过`await asyncio.sleep(2)`模拟了一个耗时2秒的操作。
- 使用`asyncio.get_event_loop()`获取事件循环对象，然后通过`loop.run_until_complete(my_async_task())`来执行异步任务。

**代码总结**:
通过`asyncio`库，我们可以轻松地创建和执行异步任务，实现非阻塞的异步编程。

#### B. async和await关键字的使用

在Python 3.5及以上的版本中，引入了`async`和`