摘要：具有以下基本同步原語子進(jìn)程提供了通過創(chuàng)建和管理子進(jìn)程的。雖然隊(duì)列不是線程安全的，但它們被設(shè)計(jì)為專門用于代碼。表示異步操作的最終結(jié)果。

Python的asyncio是使用 async/await 語法編寫并發(fā)代碼的標(biāo)準(zhǔn)庫。通過上一節(jié)的講解，我們了解了它不斷變化的發(fā)展歷史。到了Python最新穩(wěn)定版 3.7 這個(gè)版本，asyncio又做了比較大的調(diào)整，把這個(gè)庫的API分為了 高層級API和低層級API，并引入asyncio.run()這樣的高級方法，讓編寫異步程序更加簡潔。

本節(jié)希望提綱挈領(lǐng)地介紹最新 3.7 版的asnycio，先從全局認(rèn)識Python這個(gè)異步IO庫。

asyncio的高層級API主要提高如下幾個(gè)方面：

并發(fā)地運(yùn)行Python協(xié)程并完全控制其執(zhí)行過程；

執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)IO和IPC；

控制子進(jìn)程；

通過隊(duì)列實(shí)現(xiàn)分布式任務(wù)；

同步并發(fā)代碼。

asyncio的低層級API用以支持開發(fā)異步庫和框架：

創(chuàng)建和管理事件循環(huán)（event loop），提供異步的API用于網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行子進(jìn)程，處理操作系統(tǒng)信號等；

通過transports實(shí)現(xiàn)高效率協(xié)議；

通過async/await 語法橋架基于回調(diào)的庫和代碼。

高層級API讓我們更方便的編寫基于asyncio的應(yīng)用程序。這些API包括：

協(xié)程通過 async/await 語法進(jìn)行聲明，是編寫異步應(yīng)用的推薦方式。歷史的?@asyncio.coroutine?和?yield from?已經(jīng)被棄用，并計(jì)劃在Python 3.10中移除。協(xié)程可以通過?asyncio.run(coro, *, debug=False)?函數(shù)運(yùn)行，該函數(shù)負(fù)責(zé)管理事件循環(huán)并完結(jié)異步生成器。它應(yīng)該被用作asyncio程序的主入口點(diǎn)，相當(dāng)于main函數(shù)，應(yīng)該只被調(diào)用一次。

任務(wù)被用于并發(fā)調(diào)度協(xié)程，可用于網(wǎng)絡(luò)爬蟲的并發(fā)。使用?asyncio.create_task()?就可以把一個(gè)協(xié)程打包為一個(gè)任務(wù)，該協(xié)程會自動(dòng)安排為很快運(yùn)行。

協(xié)程，任務(wù)和Future都是可等待對象。其中，F(xiàn)uture是低層級的可等待對象，表示一個(gè)異步操作的最終結(jié)果。

流是用于網(wǎng)絡(luò)連接的高層級的使用 async/await的原語。流允許在不使用回調(diào)或低層級協(xié)議和傳輸?shù)那闆r下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。異步讀寫TCP有客戶端函數(shù)?asyncio.open_connection()?和 服務(wù)端函數(shù)?asyncio.start_server()?。它還支持 Unix Sockets：?asyncio.open_unix_connection()?和?asyncio.start_unix_server()。

asyncio同步原語的設(shè)計(jì)類似于threading模塊的原語，有兩個(gè)重要的注意事項(xiàng)：
asyncio原語不是線程安全的，因此它們不應(yīng)該用于OS線程同步（而是用threading）
這些同步原語的方法不接受超時(shí)參數(shù); 使用asyncio.wait_for()函數(shù)執(zhí)行超時(shí)操作。
asyncio具有以下基本同步原語：

Lock

Event

Condition

Semaphore

BoundedSemaphore

asyncio提供了通過 async/await 創(chuàng)建和管理子進(jìn)程的API。不同于Python標(biāo)準(zhǔn)庫的subprocess，asyncio的子進(jìn)程函數(shù)都是異步的，并且提供了多種工具來處理這些函數(shù)，這就很容易并行執(zhí)行和監(jiān)視多個(gè)子進(jìn)程。創(chuàng)建子進(jìn)程的方法主要有兩個(gè)：

coroutine asyncio.create_subprocess_exec()
coroutine asyncio.create_subprocess_shell()

asyncio 隊(duì)列的設(shè)計(jì)類似于標(biāo)準(zhǔn)模塊queue的類。雖然asyncio隊(duì)列不是線程安全的，但它們被設(shè)計(jì)為專門用于 async/await 代碼。需要注意的是，asyncio隊(duì)列的方法沒有超時(shí)參數(shù)，使用?asyncio.wait_for()函數(shù)進(jìn)行超時(shí)的隊(duì)列操作。
因?yàn)楹蜆?biāo)注模塊queue的類設(shè)計(jì)相似，使用起來跟queue無太多差異，只需要在對應(yīng)的函數(shù)前面加 await 即可。asyncio 隊(duì)列提供了三種不同的隊(duì)列：

class asyncio.Queue 先進(jìn)先出隊(duì)列

class asyncio.PriorityQueue 優(yōu)先隊(duì)列

class asyncio.LifoQueue 后進(jìn)先出隊(duì)列

asyncio提供了幾種異常，它們是：

TimeoutError，

CancelledError，

InvalidStateError，

SendfileNotAvailableError

IncompleteReadError

LimitOverrunError

低層級API為編寫基于asyncio的庫和框架提供支持，有意編寫異步庫和框架的大牛們需要熟悉這些低層級API。主要包括：

事件循環(huán)是每個(gè)asyncio應(yīng)用程序的核心。 事件循環(huán)運(yùn)行異步任務(wù)和回調(diào)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)IO操作以及運(yùn)行子進(jìn)程。

應(yīng)用程序開發(fā)人員通常應(yīng)該使用高級asyncio函數(shù)，例如asyncio.run()，并且很少需要引用循環(huán)對象或調(diào)用其方法。

Python 3.7 新增了?asyncio.get_running_loop()函數(shù)。

Future對象用于將基于低層級回調(diào)的代碼與高層級的 async/await 代碼進(jìn)行橋接。
Future表示異步操作的最終結(jié)果。 不是線程安全的。
Future是一個(gè)可等待對象。 協(xié)程可以等待Future對象，直到它們有結(jié)果或異常集，或者直到它們被取消。
通常，F(xiàn)utures用于啟用基于低層級回調(diào)的代碼（例如，在使用asyncio傳輸實(shí)現(xiàn)的協(xié)議中）以與高層級 async/await 代碼進(jìn)行互操作。

Transport 和 Protocol由低層級事件循環(huán)使用，比如函數(shù)loop.create_connection()。它們使用基于回調(diào)的編程風(fēng)格，并支持網(wǎng)絡(luò)或IPC協(xié)議（如HTTP）的高性能實(shí)現(xiàn)。

在最高級別，傳輸涉及字節(jié)的傳輸方式，而協(xié)議確定要傳輸哪些字節(jié)（在某種程度上何時(shí)傳輸）。

換種方式說就是：傳輸是套接字（或類似的I/O端點(diǎn)）的抽象，而協(xié)議是從傳輸?shù)慕嵌葋砜吹膽?yīng)用程序的抽象。

另一種觀點(diǎn)是傳輸和協(xié)議接口共同定義了一個(gè)使用網(wǎng)絡(luò)I/O和進(jìn)程間I/O的抽象接口。

傳輸和協(xié)議對象之間始終存在1：1的關(guān)系：協(xié)議調(diào)用傳輸方法來發(fā)送數(shù)據(jù)，而傳輸調(diào)用協(xié)議方法來傳遞已接收的數(shù)據(jù)。

大多數(shù)面向連接的事件循環(huán)方法（例如loop.create_connection()）通常接受protocol_factory參數(shù)，該參數(shù)用于為接受的連接創(chuàng)建Protocol對象，由Transport對象表示。 這些方法通常返回（傳輸，協(xié)議）元組。

事件循環(huán)策略是一個(gè)全局的按進(jìn)程劃分的對象，用于控制事件循環(huán)的管理。 每個(gè)事件循環(huán)都有一個(gè)默認(rèn)策略，可以使用策略API對其進(jìn)行更改和自定義。

策略定義了上下文的概念，并根據(jù)上下文管理多帶帶的事件循環(huán)。 默認(rèn)策略將上下文定義為當(dāng)前線程。

通過使用自定義事件循環(huán)策略，可以自定義get_event_loop()，set_event_loop()和new_event_loop()函數(shù)的行為。

asyncio模塊設(shè)計(jì)為可移植的，但由于平臺的底層架構(gòu)和功能，某些平臺存在細(xì)微的差異和限制。在Windows平臺，有些是不支持的，比如?loop.create_unix_connection()?and?loop.create_unix_server()。而Linux和比較新的macOS全部支持。

Python 3.7 通過對asyncio分組使得它的架構(gòu)更加清晰，普通寫異步IO的應(yīng)用程序只需熟悉高層級API，需要寫異步IO的庫和框架時(shí)才需要理解低層級的API。