面试题：Python异步编程中的事件循环机制

Question

描述Python异步编程中事件循环（event loop）的工作原理，以及在使用`asyncio`库进行异步编程时，事件循环是如何管理和调度协程的。请结合具体代码示例说明。

Answer 1

事件循环工作原理

1. 概念：事件循环是异步编程的核心组件，它负责管理和调度程序中的异步任务。它不断地检查是否有新的任务需要执行，以及已执行的任务是否有结果返回。
2. 运行机制：事件循环维护一个任务队列（task queue），其中存放着各种需要执行的协程任务。它从队列中取出任务，将其投入到执行器（如线程池或进程池）中执行，当任务执行完毕或等待I/O操作时，事件循环会暂停该任务，转而执行其他任务。当被暂停的任务所等待的事件（如I/O完成）发生时，该任务会被重新加入任务队列，等待事件循环再次调度执行。

在asyncio库中事件循环对协程的管理和调度

1. 创建事件循环：使用asyncio.get_event_loop()获取一个事件循环对象。在Python 3.7+ 可以使用asyncio.run()，它内部创建并管理事件循环。
2. 创建协程：使用async def定义一个协程函数，调用该函数返回一个协程对象。协程函数不会立即执行，而是返回一个可暂停和恢复的对象。
3. 创建任务：将协程对象包装成任务对象（Task），任务对象是事件循环调度的基本单位。可以使用asyncio.create_task()（Python 3.7+）或loop.create_task()（旧版本）。
4. 调度执行：事件循环按照一定的顺序从任务队列中取出任务执行，在执行过程中如果遇到await语句，事件循环会暂停当前任务，去执行其他任务，当await的对象完成后，再恢复当前任务。

代码示例

import asyncio


async def task_function():
    print('开始执行任务')
    await asyncio.sleep(2)
    print('任务执行完毕')


async def main():
    task = asyncio.create_task(task_function())
    print('任务已创建')
    await task
    print('所有任务执行完毕')


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

在上述代码中：

1. task_function是一个协程函数，它打印开始信息，然后使用await asyncio.sleep(2)暂停2秒模拟I/O操作，最后打印结束信息。
2. main函数中，使用asyncio.create_task(task_function())创建了一个任务，然后使用await task等待任务完成。await会暂停main协程，直到task执行完毕。
3. asyncio.run(main())创建并运行事件循环，事件循环会调度main协程，进而调度task_function任务。在task_function等待asyncio.sleep(2)时，事件循环会去检查是否有其他可执行的任务，由于没有其他任务，它会在2秒后继续执行task_function剩下的部分。