面试题：Python 异步编程中的 finally 与资源管理

Question

在 Python 的异步编程（使用 `asyncio` 库）场景下，有一个异步函数用于处理网络请求资源（例如获取网页内容），如果在异步操作过程中涉及资源获取与释放，如何合理地使用 `try - except - finally` 结构确保资源的正确管理？考虑到异步操作的并发特性，可能会有哪些特殊情况需要额外注意？请详细阐述并给出代码示例。

Answer 1

1. 资源管理与 try - except - finally 结构

在Python的异步编程中，当使用asyncio库处理网络请求资源并涉及资源获取与释放时，可以按照以下方式合理使用try - except - finally结构：

import asyncio


async def fetch_data():
    # 模拟资源获取，这里假设是一个网络连接
    resource = None
    try:
        # 模拟异步网络请求获取网页内容
        await asyncio.sleep(1)
        resource = "模拟获取到的网页内容"
        print("资源获取成功")
        return resource
    except Exception as e:
        print(f"获取资源时发生错误: {e}")
    finally:
        if resource:
            # 模拟资源释放
            print("资源释放")


async def main():
    result = await fetch_data()
    print(f"最终结果: {result}")


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

在上述代码中，fetch_data函数模拟了一个异步网络请求资源获取的过程。在try块中执行资源获取的异步操作。如果发生异常，在except块中捕获并处理。无论是否发生异常，finally块都会执行，用于释放获取到的资源。

2. 异步操作并发特性下的特殊情况

• 并发资源竞争：在并发场景下，多个异步任务可能同时尝试获取或释放同一个资源，这可能导致资源竞争问题。例如，多个任务同时尝试关闭同一个网络连接。为了避免这种情况，可以使用锁（asyncio.Lock）来确保同一时间只有一个任务可以访问或操作资源。
• 异常处理一致性：当多个异步任务并发执行时，如果其中一个任务发生异常，需要确保整个应用程序的状态是一致的。例如，如果一个任务在获取资源后发生异常，但没有正确释放资源，可能会导致其他依赖该资源的任务失败。所以在每个异步任务中都要正确处理异常并释放资源。
• 任务取消：在并发环境中，可能会出现任务被取消的情况。当一个异步任务被取消时，同样需要确保资源被正确释放。可以通过在try - except结构中捕获asyncio.CancelledError异常来处理任务取消的情况，并在finally块中进行资源释放。例如：

import asyncio


async def fetch_data():
    resource = None
    try:
        await asyncio.sleep(1)
        resource = "模拟获取到的网页内容"
        print("资源获取成功")
        await asyncio.sleep(10)  # 模拟长时间运行任务，可被取消
        return resource
    except asyncio.CancelledError:
        print("任务被取消")
    finally:
        if resource:
            print("资源释放")


async def main():
    task = asyncio.create_task(fetch_data())
    await asyncio.sleep(2)
    task.cancel()
    try:
        await task
    except asyncio.CancelledError:
        pass


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

在这个示例中，fetch_data任务在运行一段时间后被取消，asyncio.CancelledError异常被捕获，确保资源在任务取消时也能正确释放。