Python 异步编程入门
本文是写给 JavaScript 程序员的 Python 教程。
Python 的异步编程，其他人可能觉得很难，但是 JavaScript 程序员应该特别容易理解，因为两者的概念和语法类似。 JavaScript 的异步模型 更简单直观，很适合作为学习 Python 异步的基础。
本文解释 Python 的异步模块 asyncio 的概念和基本用法，并且演示如何通过 Python 脚本操作无头浏览器 pyppeteer 。
一、Python 异步编程的由来
历史上，Python 并不支持异步编程，因为不需要。
有了 多线程（ threading ）和多进程（ multiprocessing ） ，就没必要一定支持异步了。如果一个线程（或进程）阻塞，新建其他线程（或进程）就可以了，程序不会卡死。
但是，多线程有”线程竞争”的问题，处理起来很复杂，还涉及加锁。对于简单的异步任务来说（比如与网页互动），写起来很麻烦。
Python 3.4 引入了 asyncio 模块，增加了异步编程，跟 JavaScript 的 async/await 极为类似，大大方便了异步任务的处理。它受到了开发者的欢迎，成为从 Python 2 升级到 Python 3 的主要理由之一。
二、asyncio 的设计
asyncio 模块最大特点就是，只存在一个线程，跟 JavaScript 一样。
由于只有一个线程，就不可能多个任务同时运行。asyncio 是”多任务合作”模式（cooperative multitasking），允许异步任务交出执行权给其他任务，等到其他任务完成，再收回执行权继续往下执行，这跟 JavaScript 也是一样的。
由于代码的执行权在多个任务之间交换，所以看上去好像多个任务同时运行，其实底层只有一个线程，多个任务分享运行时间。
表面上，这是一个不合理的设计，明明有多线程多进程的能力，为什么放着多余的 CPU 核心不用，而只用一个线程呢？但是就像前面说的，单线程简化了很多问题，使得代码逻辑变得简单，写法符合直觉。
asyncio 模块在单线程上启动一个事件循环（event loop），时刻监听新进入循环的事件，加以处理，并不断重复这个过程，直到异步任务结束。事件循环的内部机制，可以参考 JavaScript 的模型 ，两者是一样的。
三、asyncio API
下面介绍 asyncio 模块最主要的几个API。注意，必须使用 Python 3.7 或更高版本，早期的语法已经变了。
第一步， import 加载 asyncio 模块。
import asyncio
第二步，函数前面加上 async 关键字，就变成了 async 函数。这种函数最大特点是执行可以暂停，交出执行权。
async def main():
第三步，在 async 函数内部的异步任务前面，加上 await 命令。
await asyncio.sleep(1)
上面代码中， asyncio.sleep(1) 方法可以生成一个异步任务，休眠1秒钟然后结束。
执行引擎遇到 await 命令，就会在异步任务开始执行之后，暂停当前 async 函数的执行，把执行权交给其他任务。等到异步任务结束，再把执行权交回 async 函数，继续往下执行。
第四步， async.run() 方法加载 async 函数，启动事件循环。
asyncio.run(main())
上面代码中， asyncio.run() 在事件循环上监听 async 函数 main 的执行。等到 main 执行完了，事件循环才会终止。
四、async 函数的示例
下面是 async 函数的例子，新建一个脚本 async.py ，代码如下。
#!/usr/bin/env python3
# async.py
import asyncio
async def count():
print("One")
await asyncio.sleep(1)
print("Two")
async def main():
await asyncio.gather(count(), count(), count())
asyncio.run(main())
上面脚本中，在 async 函数 main 的里面， asyncio.gather() 方法将多个异步任务（三个 count() ）包装成一个新的异步任务，必须等到内部的多个异步任务都执行结束，这个新的异步任务才会结束。
脚本的运行结果如下。
$ python3 async.py One One One Two Two Two
上面运行结果的原因是，三个 count() 依次执行，打印完 One ，就休眠1秒钟，把执行权交给下一个 count() ，所以先连续打印出三个 One 。等到1秒钟休眠结束，执行权重新交回第一个 count() ，开始执行 await 命令下一行的语句，所以会接着打印出三个 Two 。脚本总的运行时间是1秒。
作为对比，下面是这个例子的同步版本 sync.py 。
#!/usr/bin/env python3
# sync.py
import time
def count():
print("One")
time.sleep(1)
print("Two")
def main():
for _ in range(3):
count()
main()
上面脚本的运行结果如下。
$ python3 sync.py One Two One Two One Two
上面运行结果的原因是，三个 count() 都是同步执行，必须等到前一个执行完，才能执行后一个。脚本总的运行时间是3秒。
五、实例：pyppeteer 模块
最后是一个异步编程的真实例子：操作无头浏览器。异步编程对代码的简化，在这个例子体现得淋漓尽致。
我们需要用到 pyppeteer 模块 ，它是无头浏览器 Puppeteer 的 Python 移植，API 跟 JavaScript 版本基本一致。下面是安装命令。
$ python3 -m pip install pyppeteer
然后，写一个网页截图脚本 screenshot.py 。
#!/usr/bin/env python3
# screenshot.py
import asyncio
from pyppeteer import launch
async def main():
browser = await launch()
page = await browser.newPage()
await page.goto('http://example.com')
await page.screenshot({'path': 'example.png'})
await browser.close()
asyncio.run(main())
上面代码中，启动浏览器（ launch ）、打开新 Tab（ newPage() ）、访问网址（ page.goto() ）、截图（ page.screenshot() ）、关闭浏览器（ browser.close() ），这一系列操作都是异步任务，使用 await 命令写起来非常自然简单。
执行这个脚本，当前目录下就会生成截图文件 example.png 。
$ python3 screenshot.py
如果脚本执行时报错 No usable sandbox! ，可以参考 这里 。另外，第一次执行这个脚本，会下载安装 Puppeteer，可能需要等待较长时间，但是此后的执行就会很快。
Pyppeteer 的 官网 还有其他实例，比如向网页注入 JavaScript 代码，大家可以自己试玩。
六、参考链接
- Async IO in Python: A Complete Walkthrough , Brad Solomon
（正文完）
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