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面试题:Python中asyncio的事件循环机制

请详细阐述Python中asyncio库的事件循环是如何工作的?在一个包含多个异步任务的程序中,事件循环怎样调度这些任务?
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编程语言Python

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1. asyncio库事件循环的工作原理

  • 基本概念:事件循环是asyncio的核心,它负责管理和调度异步任务。它不断地检查任务队列中是否有可执行的任务,当有任务准备好(例如,I/O操作完成),事件循环就会安排执行该任务。
  • 事件源:在asyncio中,事件源通常是I/O操作、定时器等。例如,当发起一个网络请求(I/O操作)时,事件循环会将这个请求注册为一个事件源,并在请求完成(数据可读或可写)时得到通知。
  • 回调机制:事件循环依赖回调函数来处理事件。当事件源准备好时,相关的回调函数会被调用。在asyncio中,Future对象和Task对象内部就包含了回调逻辑。例如,Future对象在其结果可用时会调用注册的回调函数。

2. 多异步任务程序中事件循环的任务调度

  • 创建任务:在Python中,可以使用asyncio.create_task()函数来创建一个Task对象,该对象包装了一个coroutine(协程)。例如:
import asyncio

async def task_function():
    await asyncio.sleep(1)
    print('Task completed')

async def main():
    task = asyncio.create_task(task_function())
    await task

asyncio.run(main())
  • 任务队列:事件循环维护一个任务队列,新创建的任务会被加入到这个队列中。这些任务处于“待执行”状态,等待事件循环调度。
  • 调度策略
    • 协作式调度:asyncio采用协作式调度,这意味着任务在遇到await语句时会主动暂停,将控制权交回给事件循环。例如,当一个任务执行到await asyncio.sleep(1)时,它会暂停1秒,期间事件循环可以调度其他任务执行。
    • FIFO原则:在任务队列中,任务通常按照先进先出(FIFO)的顺序被调度。但如果有高优先级的任务(虽然asyncio默认没有严格的优先级概念,但可以通过一些方式模拟),可以优先执行。例如,可以通过手动将高优先级任务插入到任务队列的前面来实现。
    • I/O事件驱动:当一个任务发起I/O操作(如网络请求、文件读写等)时,事件循环会在I/O操作完成时将该任务重新加入到可执行队列中。这使得在等待I/O操作的过程中,其他任务可以继续执行,提高了程序的整体效率。例如,多个网络请求任务可以并发执行,事件循环会在某个请求完成时调度处理该请求结果的任务。