面试题：Python读取文件时结合异步I/O优化性能

Question

在Python中，当需要同时读取多个文件且对性能要求极高时，如何利用异步I/O（如`asyncio`库）来优化文件读取操作？请详细阐述实现思路，并给出一个完整的代码示例，包括如何处理可能出现的异常情况。

Answer 1

实现思路

1. 导入必要的库：引入asyncio库用于异步操作，aiofiles库用于异步文件I/O操作。
2. 定义异步读取函数：每个函数负责读取一个文件，使用aiofiles.open异步打开文件并读取内容。
3. 创建任务列表：将每个文件读取函数包装成asyncio.Task并加入任务列表。
4. 运行异步任务：使用asyncio.gather来并行运行所有任务，并等待所有任务完成。
5. 异常处理：在异步函数内部使用try - except块捕获文件操作可能出现的异常，如文件不存在等。

代码示例

import asyncio
import aiofiles


async def read_file(file_path):
    try:
        async with aiofiles.open(file_path, mode='r') as f:
            content = await f.read()
            return content
    except FileNotFoundError:
        print(f"文件 {file_path} 不存在")
        return None
    except Exception as e:
        print(f"读取文件 {file_path} 时发生错误: {e}")
        return None


async def read_multiple_files(file_paths):
    tasks = []
    for file_path in file_paths:
        task = asyncio.create_task(read_file(file_path))
        tasks.append(task)
    results = await asyncio.gather(*tasks)
    return results


if __name__ == "__main__":
    file_paths = ["file1.txt", "file2.txt", "file3.txt"]
    loop = asyncio.get_event_loop()
    try:
        contents = loop.run_until_complete(read_multiple_files(file_paths))
        for i, content in enumerate(contents):
            if content:
                print(f"文件 {file_paths[i]} 的内容: {content}")
    finally:
        loop.close()

在上述代码中：

• read_file函数负责异步读取单个文件，并处理文件不存在和其他一般性异常。
• read_multiple_files函数创建多个读取文件的任务，并等待所有任务完成。
• 在if __name__ == "__main__"部分，定义了要读取的文件路径列表，并运行异步任务获取文件内容。同时处理了事件循环的开启和关闭。