摘要：上一篇我們介紹了包，以及如何使用異步編程管理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的高并發(fā)。倒排索引保存在本地一個名為的文件中。運行示例如下這個模塊沒有使用并發(fā)，主要作用是為使用包編寫的服務(wù)器提供支持。

asyncio 上一篇我們介紹了 asyncio 包，以及如何使用異步編程管理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的高并發(fā)。在這一篇，我們主要介紹使用 asyncio 包編程的兩個例子。

我們先介紹下 async/await 語法，要不然看完這篇可能會困惑，為什么之前使用 asyncio.coroutine 裝飾器 和 yield from，這里都是 用的 async 和 await？

python并發(fā)2：使用asyncio處理并發(fā)

async/await 是Python3.5 的新語法，語法如下：

async def read_data(db):
    pass

async 是明確將函數(shù)聲明為協(xié)程的關(guān)鍵字，即使沒有await表達式，函數(shù)執(zhí)行也會返回一個協(xié)程對象。
在協(xié)程函數(shù)內(nèi)部，可以在某個表達式之前使用 await 關(guān)鍵字來暫停協(xié)程的執(zhí)行，以等待某協(xié)程完成：

async def read_data(db):
    data = await db.fetch("SELECT ...")

這個代碼如果使用 asyncio.coroutine 裝飾器語法為：

@asyncio.coroutine
def read_data(db):
    data = yield from db.fetch("SELECT ...")

這兩段代碼執(zhí)行的結(jié)果是一樣的，也就是說 可以把 asyncio.coroutine 替換為 async， yield from 替換為 await。

使用新的語法有什么好處呢：

使生成器和協(xié)程的概念更容易理解，因為語法不同

可以消除由于重構(gòu)時不小心移出協(xié)程中yield 聲明而導(dǎo)致的不明確錯誤，這回導(dǎo)致協(xié)程變成普通的生成器。

這個例子主要是使用 asyncio 包 和 unicodedata 模塊，實現(xiàn)通過規(guī)范名稱查找Unicode 字符。

我們先來看一下代碼：

# charfinder.py
import sys
import re
import unicodedata
import pickle
import warnings
import itertools
import functools
from collections import namedtuple

RE_WORD = re.compile("w+")
RE_UNICODE_NAME = re.compile("^[A-Z0-9 -]+$")
RE_CODEPOINT = re.compile("U+[0-9A-F]{4, 6}")

INDEX_NAME = "charfinder_index.pickle"
MINIMUM_SAVE_LEN = 10000
CJK_UNI_PREFIX = "CJK UNIFIED IDEOGRAPH"
CJK_CMP_PREFIX = "CJK COMPATIBILITY IDEOGRAPH"

sample_chars = [
    "$",  # DOLLAR SIGN
    "A",  # LATIN CAPITAL LETTER A
    "a",  # LATIN SMALL LETTER A
    "u20a0",  # EURO-CURRENCY SIGN
    "u20ac",  # EURO SIGN
]

CharDescription = namedtuple("CharDescription", "code_str char name")

QueryResult = namedtuple("QueryResult", "count items")


def tokenize(text):
    """
    :param text: 
    :return: return iterable of uppercased words 
    """
    for match in RE_WORD.finditer(text):
        yield match.group().upper()


def query_type(text):
    text_upper = text.upper()
    if "U+" in text_upper:
        return "CODEPOINT"
    elif RE_UNICODE_NAME.match(text_upper):
        return "NAME"
    else:
        return "CHARACTERS"


class UnicodeNameIndex:
    # unicode name 索引類

    def __init__(self, chars=None):
        self.load(chars)

    def load(self, chars=None):
        # 加載 unicode name    
        self.index = None
        if chars is None:
            try:
                with open(INDEX_NAME, "rb") as fp:
                    self.index = pickle.load(fp)
            except OSError:
                pass
        if self.index is None:
            self.build_index(chars)
        if len(self.index) > MINIMUM_SAVE_LEN:
            try:
                self.save()
            except OSError as exc:
                warnings.warn("Could not save {!r}: {}"
                              .format(INDEX_NAME, exc))

    def save(self):
        with open(INDEX_NAME, "wb") as fp:
            pickle.dump(self.index, fp)

    def build_index(self, chars=None):
        if chars is None:
            chars = (chr(i) for i in range(32, sys.maxunicode))
        index = {}
        for char in chars:
            try:
                name = unicodedata.name(char)
            except ValueError:
                continue
            if name.startswith(CJK_UNI_PREFIX):
                name = CJK_UNI_PREFIX
            elif name.startswith(CJK_CMP_PREFIX):
                name = CJK_CMP_PREFIX

            for word in tokenize(name):
                index.setdefault(word, set()).add(char)

        self.index = index

    def word_rank(self, top=None):
        # (len(self.index[key], key) 是一個生成器，需要用list 轉(zhuǎn)成列表，要不然下邊排序會報錯
        res = [list((len(self.index[key], key)) for key in self.index)]
        res.sort(key=lambda  item: (-item[0], item[1]))
        if top is not None:
            res = res[:top]
        return res

    def word_report(self, top=None):
        for postings, key in self.word_rank(top):
            print("{:5} {}".format(postings, key))

    def find_chars(self, query, start=0, stop=None):
        stop = sys.maxsize if stop is None else stop
        result_sets = []
        for word in tokenize(query):
            # tokenize 是query 的生成器 a b 會是 ["a", "b"] 的生成器
            chars = self.index.get(word)
            if chars is None:
                result_sets = []
                break
            result_sets.append(chars)

        if not result_sets:
            return QueryResult(0, ())

        result = functools.reduce(set.intersection, result_sets)
        result = sorted(result)  # must sort to support start, stop
        result_iter = itertools.islice(result, start, stop)
        return QueryResult(len(result),
                           (char for char in result_iter))

    def describe(self, char):
        code_str = "U+{:04X}".format(ord(char))
        name = unicodedata.name(char)
        return CharDescription(code_str, char, name)

    def find_descriptions(self, query, start=0, stop=None):
        for char in self.find_chars(query, start, stop).items:
            yield self.describe(char)

    def get_descriptions(self, chars):
        for char in chars:
            yield self.describe(char)

    def describe_str(self, char):
        return "{:7}	{}	{}".format(*self.describe(char))

    def find_description_strs(self, query, start=0, stop=None):
        for char in self.find_chars(query, start, stop).items:
            yield self.describe_str(char)

    @staticmethod  # not an instance method due to concurrency
    def status(query, counter):
        if counter == 0:
            msg = "No match"
        elif counter == 1:
            msg = "1 match"
        else:
            msg = "{} matches".format(counter)
        return "{} for {!r}".format(msg, query)

def main(*args):
    index = UnicodeNameIndex()
    query = " ".join(args)
    n = 0
    for n, line in enumerate(index.find_description_strs(query), 1):
        print(line)
    print("({})".format(index.status(query, n)))


if __name__ == "__main__":
    if len(sys.argv) > 1:
        main(*sys.argv[1:])
    else:
        print("Usage: {} word1 [word2]...".format(sys.argv[0]))

這個模塊讀取Python內(nèi)建的Unicode數(shù)據(jù)庫，為每個字符名稱中的每個單詞建立索引，然后倒排索引，存入一個字典。
例如，在倒排索引中，"SUN" 鍵對應(yīng)的條目是一個集合，里面是名稱中包含"SUN" 這個詞的10個Unicode字符。倒排索引保存在本地一個名為charfinder_index.pickle 的文件中。如果查詢多個單詞，會計算從索引中所得集合的交集。
運行示例如下：

    >>> main("rook")  # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
    U+2656  ?  WHITE CHESS ROOK
    U+265C  ?  BLACK CHESS ROOK
    (2 matches for "rook")
    >>> main("rook", "black")  # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
    U+265C  ?  BLACK CHESS ROOK
    (1 match for "rook black")
    >>> main("white bishop")  # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
    U+2657  ?   WHITE CHESS BISHOP
    (1 match for "white bishop")
    >>> main("jabberwocky"s vest")
    (No match for "jabberwocky"s vest")

這個模塊沒有使用并發(fā)，主要作用是為使用 asyncio 包編寫的服務(wù)器提供支持。
下面我們來看下 tcp_charfinder.py 腳本：

# tcp_charfinder.py
import sys
import asyncio

# 用于構(gòu)建索引，提供查詢方法
from charfinder import UnicodeNameIndex

CRLF = b"
"
PROMPT = b"?> "

# 實例化UnicodeNameIndex 類，它會使用charfinder_index.pickle 文件
index = UnicodeNameIndex()

async def handle_queries(reader, writer):
    # 這個協(xié)程要傳給asyncio.start_server 函數(shù)，接收的兩個參數(shù)是asyncio.StreamReader 對象和 asyncio.StreamWriter 對象
    while True:  # 這個循環(huán)處理會話，直到從客戶端收到控制字符后退出
        writer.write(PROMPT)  # can"t await!  # 這個方法不是協(xié)程，只是普通函數(shù)；這一行發(fā)送 ?> 提示符
        await writer.drain()  # must await!  # 這個方法刷新writer 緩沖；因為它是協(xié)程，所以要用 await
        data = await reader.readline()  # 這個方法也是協(xié)程，返回一個bytes對象，也要用await
        try:
            query = data.decode().strip()
        except UnicodeDecodeError:
            # Telenet 客戶端發(fā)送控制字符時，可能會拋出UnicodeDecodeError異常
            # 我們這里默認發(fā)送空字符
            query = "x00"
        client = writer.get_extra_info("peername")  # 返回套接字連接的遠程地址
        print("Received from {}: {!r}".format(client, query))  # 在控制臺打印查詢記錄
        if query:
            if ord(query[:1]) < 32:  # 如果收到控制字符或者空字符，退出循環(huán)
                break
            # 返回一個生成器，產(chǎn)出包含Unicode 碼位、真正的字符和字符名稱的字符串
            lines = list(index.find_description_strs(query)) 
            if lines:
                # 使用默認的UTF-8 編碼把lines    轉(zhuǎn)換成bytes 對象，并在每一行末添加回車符合換行符
                # 參數(shù)列表是一個生成器
                writer.writelines(line.encode() + CRLF for line in lines) 
            writer.write(index.status(query, len(lines)).encode() + CRLF) # 輸出狀態(tài)

            await writer.drain()  # 刷新輸出緩沖
            print("Sent {} results".format(len(lines)))  # 在服務(wù)器控制臺記錄響應(yīng)

    print("Close the client socket")  # 在控制臺記錄會話結(jié)束
    writer.close()  # 關(guān)閉StreamWriter流



def main(address="127.0.0.1", port=2323):  # 添加默認地址和端口，所以調(diào)用默認可以不加參數(shù)
    port = int(port)
    loop = asyncio.get_event_loop()
    # asyncio.start_server 協(xié)程運行結(jié)束后，
    # 返回的協(xié)程對象返回一個asyncio.Server 實例，即一個TCP套接字服務(wù)器
    server_coro = asyncio.start_server(handle_queries, address, port,
                                loop=loop) 
    server = loop.run_until_complete(server_coro) # 驅(qū)動server_coro 協(xié)程，啟動服務(wù)器

    host = server.sockets[0].getsockname()  # 獲得這個服務(wù)器的第一個套接字的地址和端口
    print("Serving on {}. Hit CTRL-C to stop.".format(host))  # 在控制臺中顯示地址和端口
    try:
        loop.run_forever()  # 運行事件循環(huán) main 函數(shù)在這里阻塞，直到服務(wù)器的控制臺中按CTRL-C 鍵
    except KeyboardInterrupt:  # CTRL+C pressed
        pass

    print("Server shutting down.")
    server.close()
    # server.wait_closed返回一個 future
    # 調(diào)用loop.run_until_complete 方法，運行 future
    loop.run_until_complete(server.wait_closed())  
    loop.close()  # 終止事件循環(huán)


if __name__ == "__main__":
    main(*sys.argv[1:])

運行 tcp_charfinders.py

python tcp_charfinders.py

打開終端，使用 telnet 命令請求服務(wù)，運行結(jié)果如下所示：

main 函數(shù)幾乎會立即顯示 Serving on... 消息，然后在調(diào)用loop.run_forever() 方法時阻塞。這時，控制權(quán)流動到事件循環(huán)中，而且一直等待，偶爾會回到handle_queries 協(xié)程，這個協(xié)程需要等待網(wǎng)絡(luò)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，控制權(quán)又交給事件循環(huán)。

handle_queries 協(xié)程可以處理多個客戶端發(fā)來的多次請求。只要有新客戶端連接服務(wù)器，就會啟動一個handle_queries 協(xié)程實例。

handle_queries 的I/O操作都是使用bytes格式。我們從網(wǎng)絡(luò)得到的數(shù)據(jù)要解碼，發(fā)出去的數(shù)據(jù)也要編碼

asyncio包提供了高層的流API，提供了現(xiàn)成的服務(wù)器，我們只需要實現(xiàn)一個處理程序。詳細信息可以查看文檔：https://docs.python.org/3/library/asyncio-stream.html

雖然，asyncio包提供了服務(wù)器，但是功能相對來說還是比較簡陋的，現(xiàn)在我們使用一下 基于asyncio包的 web 框架 sanci，用它來實現(xiàn)一個http版的簡易服務(wù)器

sanic 的簡單入門在上一篇文章有介紹，python web 框架 Sanci 快速入門

Sanic 是一個和類Flask 的基于Python3.5+的web框架，提供了比較高階的API，比如路由、request參數(shù)，response等，我們只需要實現(xiàn)處理邏輯即可。

下邊是使用 sanic 實現(xiàn)的簡易的 字符查詢http web 服務(wù)：

from sanic import Sanic
from sanic import response

from charfinder import UnicodeNameIndex

app = Sanic()

index = UnicodeNameIndex()

html_temp = "
{char}
"

@app.route("/charfinder")  # app.route 函數(shù)的第一個參數(shù)是url path，我們這里指定路徑是charfinder
async def charfinder(request):
    # request.args 可以取到url 的查詢參數(shù)
    # ?key1=value1&key2=value2 的結(jié)果是 {"key1": ["value1"], "key2": ["value2"]}
    # 我們這里支持傳入多個查詢參數(shù)，所以這里使用 request.args.getlist("char")
    # 如果我們 使用 request.args.get("char") 只能取到第一個參數(shù)
    query = request.args.getlist("char")
    query = " ".join(query)
    lines = list(index.find_description_strs(query))
    # 將得到的結(jié)果生成html
    html = "
".join([html_temp.format(char=line) for line in lines])
    return response.html(html)

if __name__ == "__main__":
    app.run(host="0.0.0.0", port=8000)  # 設(shè)置服務(wù)器運行地址和端口號

對比兩段代碼可以發(fā)現(xiàn)，使用 sanic 非常簡單。

運行服務(wù)：

python http_charsfinder.py

我們在瀏覽器輸入地址 http://0.0.0.0:8000/charfinde... 結(jié)果示例如下

在TCP 的示例中，服務(wù)器通過main函數(shù)下的這兩行代碼創(chuàng)建并排定運行時間：

server_coro = asyncio.start_server(handle_queries, address, port,
                                loop=loop)
server = loop.run_until_complete(server_coro)

而在sanic的HTTP示例中，使用，創(chuàng)建服務(wù)器：

app.run(host="0.0.0.0", port=8000)

這兩個看起來運行方式完全不同，但如果我們翻開sanic的源碼會看到 app.run() 內(nèi)部是調(diào)用 的 server_coroutine = loop.create_server()創(chuàng)建服務(wù)器，
server_coroutine 是通過 loop.run_until_complete()驅(qū)動的。

所以說，為了啟動服務(wù)器，這兩個都是由 loop.run_until_complete 驅(qū)動，完成運行的。只不過 sanic 封裝了run 方法，使得使用更加方便。

這里可以得到一個基本事實：只有驅(qū)動協(xié)程，協(xié)程才能做事，而驅(qū)動 asyncio.coroutine 裝飾的協(xié)程有兩種方式，使用 yield from 或者傳給asyncio 包中某個參數(shù)為協(xié)程或future的函數(shù)，例如 run_until_complete

現(xiàn)在如果你搜索 cjk，會得到7萬多條數(shù)據(jù)3M 的一個html文件，耗時大約2s，這如果是生產(chǎn)服務(wù)的一個請求，耗時2s是不能接收的，我們可以使用分頁，這樣我們可以每次只取200條數(shù)據(jù)，當用戶想看更多數(shù)據(jù)時再使用 ajax 或者 websockets發(fā)送下一批數(shù)據(jù)。

這一篇我們使用 asyncio 包實現(xiàn)了TCP服務(wù)器，使用sanic（基于asyncio sanic 默認使用 uvloop替代asyncio）實現(xiàn)了HTTP服務(wù)器，用于按名稱搜索Unicode 字符。但是并沒有涉及服務(wù)器并發(fā)部分，這部分可以以后再討論。

這一篇還是 《流暢的python》asyncio 一章的讀書筆記，下一篇將是python并發(fā)的第三篇，《使用線程處理并發(fā)》。

Python 3.5將支持Async/Await異步編程:http://www.infoq.com/cn/news/2015/05/python-async-await

python web 框架 Sanci 快速入門

python并發(fā)2：使用asyncio處理并發(fā)

最后，感謝女朋友支持。