【进阶】异步编程基础：asyncio模块

# 2.1 asyncio事件循环

asyncio事件循环是一个无限循环，它不断检查事件队列，并根据事件类型调用相应的处理函数。事件队列是一个先进先出的队列，这意味着最早添加的事件将首先被处理。

事件循环的职责包括：

- 从事件队列中获取事件
- 根据事件类型调用相应的处理函数
- 暂停和恢复协程
- 管理任务的生命周期

事件循环是asyncio异步编程的核心，它负责协调协程和任务的执行。

# 2. asyncio模块基础

### 2.1 asyncio事件循环

asyncio事件循环是asyncio模块的核心组件，它负责管理协程的执行和调度。事件循环是一个无限循环，它不断地从一个队列中获取待执行的协程，并逐一执行它们。

import asyncio

async def main():
    print('Hello')

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())
loop.close()

在这个示例中，`main()`是一个协程，它将打印`"Hello"`。`loop.run_until_complete(main())`调用将阻塞事件循环，直到`main()`协程完成。

### 2.2 asyncio协程

协程是类似于线程的轻量级并发机制。与线程不同，协程不会阻塞事件循环，而是允许它在协程之间切换。这使得asyncio可以高效地处理大量并发请求。

协程使用`async`和`await`关键字创建。`async`关键字表示一个协程函数，而`await`关键字表示协程函数中一个挂起的点。当`await`被调用时，事件循环将暂停协程的执行，并继续执行其他协程。当挂起的操作完成时，事件循环将恢复协程的执行。

import asyncio

async def get_data():
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作
    return 'Hello'

async def main():
    data = await get_data()
    print(data)

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())
loop.close()

在这个示例中，`get_data()`是一个协程函数，它模拟一个耗时操作（例如网络请求）。`main()`协程函数使用`await`关键字挂起`get_data()`协程函数的执行，直到耗时操作完成。

### 2.3 asyncio任务

任务是asyncio中管理协程的另一种方式。任务是事件循环中执行的协程的封装。任务可以被取消、加入或附加到其他任务。

import asyncio

async def main():
    task = asyncio.create_task(get_data())
    await task  # 等待任务完成
    data = task.result()  # 获取任务的结果
    print(data)

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())
loop.close()

在这个示例中，`main()`协程函数创建了一个任务来执行`get_data()`协程函数。`await task`调用将阻塞`main()`协程函数，直到`get_data()`协程函数完成。然后，`main()`协程函数可以获取`get_data()`协程函数的结果。

# 3. asyncio高级特性

### 3.1 asyncio并发控制

在并发编程中，为了保证代码的正确性和安全性，需要对并发访问共享资源进行控制。asyncio提供了信号量和锁两种并发控制机制。

#### 3.1.1 信号量

信号量是一种用于限制同时访问共享资源的并发线程或协程数量的机制。它通过一个计数器来控制并发访问的数量。当一个线程或协程试图访问共享资源时，它会尝试获取信号量。如果信号量可用，则该线程或协程可以继续访问共享资源；否则，它将被阻塞，直到信号量可用为止。

import asyncio

async def main():
    # 创建一个信号量，限制同时访问共享资源的协程数量为 2
    semaphore = asyncio.Semaphore(2)

    # 创建一个共享资源
    resource = 0

    # 创建多个协程，每个协程都尝试访问共享资源
    tasks = [
        asyncio.create_task(access_resource(semaphore, resource)),
        asyncio.create_task(access_resource(semaphore, resource)),
        asyncio.create_task(access_resource(semaphore, resource)),
        asyncio.create_task(access_resource(semaphore, resource)),
    ]

    # 等待所有协程完成
    await asyncio.gather(*tasks)

async def access_resource(semaphore, resource):
    # 获取信号量
    async with semaphore:
        # 访问共享资源
        resource += 1
        print(f"协程 {asyncio.current_task().get_name()} 访问了共享资源，当前资源值为 {resource}")

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

**代码逻辑分析：**

* 创建一个信号量 `semaphore`，限制同时访问共享资源的协程数量为 2。
* 创建一个共享资源 `resource`，初始值为 0。
* 创建多个协程，每个协程都尝试访问共享资源。
* 协程通过 `async with semaphore` 语句获取信号量，如果信号量可用，则协程可以继续访问共享资源；否则，协程将被阻塞，直到信号量可用为止。
* 在信号量可用时，协程访问共享资源，并将资源值加 1。
* 等待所有协程完成。

#### 3.1.2 锁

锁是一种用于保证同一时间只有一个线程或协程访问共享资源的机制。它通过一个标志位来控制对共享资源的访问。当一个线程或协程试图访问共享资源时，它会尝试获取锁。如果锁可用，则该线程或协程可以继续访问共享资源；否则，它将被阻塞，直到锁可用为止。

import asyncio

async def main():
    # 创建一个锁
    lock = asyncio.Lock()

    # 创建一个共享