一文带您了解Python中的并发:异步(Asyncio)和多线程(Thread)
Python以其简单性和多样性而闻名，是一种适用于广泛应用领域的编程语言。在处理多个任务并发时，Python提供了两种主要方法：Asyncio 用于异步编程，Multithreading 用于管理多个线程。我们将探索这些并发机制，了解它们的差异，并发现何时使用每种方法以实现最佳性能。
并发性是一个概念，指多个任务或进程可以独立进行，而无需等待彼此。在编程领域中，它使程序能够同时处理多个任务，从而提高效率和响应性。
多线程(Multithreading)
多线程是一种并发模型，其中一个进程被分成多个执行线程。每个线程代表了同一个进程内部的独立控制流。Python的threading模块方便了线程的创建和管理。
import threading
import time
from icecream import ic
def print_numbers():
for i in range(5):
time.sleep(0.5)
ic(f"Number: {i}")
time.sleep(0.5)
def print_letters():
for letter in 'ABCDE':
ic(f"Letter: {letter}")
time.sleep(1)
# Create two threads
thread_numbers = threading.Thread(target=print_numbers)
thread_letters = threading.Thread(target=print_letters)
# Start the threads
thread_numbers.start()
thread_letters.start()
# Wait for both threads to finish
thread_numbers.join()
thread_letters.join()在这个示例中，print_numbers 和 print_letters 可以在不同的线程中并发运行，从而提高了整体的执行速度。
异步(Asyncio)
Asyncio引入自Python 3.4版本，是一种利用协程实现并发的异步编程框架。与多线程不同，asyncio利用单线程事件循环来管理异步任务。
import nest_asyncio
nest_asyncio.apply()
import asyncio
async def mock_api_request(i):
print(f"API request started {i}")
await asyncio.sleep(1) # this could be an API call, or some other IO bound task
print(f"API request completed {i}")
async def run():
tasks = []
for i in range(10):
tasks.append(asyncio.create_task(mock_api_request(i)))
await asyncio.wait(tasks)
asyncio.run(run())print_numbers 和 print_letters 是安排在单个线程中并发运行的协程。await asyncio.sleep(1) 模拟了异步操作。
多线程(Multithreading)和异步(Asyncio)的比较：
- 并发模型：
i) 多线程：利用多个执行线程。
ii) 异步(Asyncio)：利用协程实现异步编程。 - 性能：
i) 多线程：可以在多核系统上实现并行性，但由于Python的全局解释器锁（GIL）的存在，可能会面临挑战，限制线程的真正并行执行。
ii) 异步(Asyncio)：可以高效地执行异步I/O操作，适用于I/O密集型任务。不适合CPU密集型任务。 - GIL影响：
i) 多线程：GIL可能影响线程的并行执行，限制了多线程对CPU密集型任务的好处。
ii) 异步(Asyncio)：不受GIL相关问题影响，适用于I/O密集型任务和协作式多任务处理。 - 编程模型：
i) 多线程：采用传统的多线程模型，使用线程和锁。
ii) 异步(Asyncio)：依赖于协程和事件循环的异步编程模型。 - 使用场景：
i) 多线程：适用于并行化CPU密集型任务和需要真正并行性的任务。
ii) 异步(Asyncio)：理想用于同时处理大量I/O密集型任务，如网络操作或文件I/O。
选择合适的方法/经验：
选择合适的方法，主要参考以下情况：
- 理解您的用例：评估您的应用程序是更多I/O密集型还是CPU密集型。选择与您任务性质相符的并发模型。
- 考虑GIL影响：注意全局解释器锁及其对多线程性能的影响。如果GIL对您的用例是一个限制因素，考虑使用Asyncio处理I/O密集型任务。
- 进行分析和测量：分析您的应用程序在两种并发模型下的性能。测量上下文切换、GIL等因素的影响。
- 并发组合：在某些情况下，多线程和Asyncio的组合可能适用于应用程序的不同部分。
- 库兼容性：确保您使用的库和框架与您选择的并发模型兼容。
使用多线程(Multithreading)时：
- 您有可以从并行性中受益的CPU密集型任务。
- 您的应用程序可以有效地利用多个核心。
- GIL相关约束对您的用例不是重要问题时。
使用异步(Asyncio)时：
- 处理I/O密集型任务，如网络操作或文件I/O。
- 异步编程提供了更可扩展和高效的解决方案。
- 多线程中的GIL相关限制是一个问题时。
Python中的并发性为开发人员提供了处理多个任务的强大工具。了解多线程和Asyncio的细微差别对于根据您应用程序的性质做出明智的决策至关重要。无论您选择多线程的并行性还是Asyncio的效率，Python的多样性确保您可以同时处理各种各样的任务，并为您的应用程序提供最佳性能。