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Python里协程实现原理 从生成器到async/await的协程发展史

穿越時空

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发布时间:2025-06-08 13:09:03

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来源于php中文网

原创

python协程的实现经历了三个阶段:生成器、基于生成器的协程和async/await。最初,生成器通过yield和.send()实现了基本的协程功能,具备暂停、恢复及双向通信能力;随后,@asyncio.coroutine装饰器配合yield from实现了异步任务调度,但仍存在语法不直观、需手动管理事件循环等问题;最终,python 3.5引入async/await语法,async def定义协程函数,await替代yield from,语义更清晰,协程标识更明确,同时event loop也逐步简化并模块化,提升了异步编程效率与性能。

在 Python 中,协程(coroutine)的实现并不是一蹴而就的,而是随着语言的发展逐步演进而来。从最初的生成器(generator)到如今我们熟悉的 async/await 语法,整个过程可以说是 Python 异步编程的一段进化史。

生成器:协程的基础

Python 的协程最早是基于生成器构建的。生成器由 yield 关键字引入,在早期版本中主要用于惰性地生成数据流。

但人们很快发现,yield 不仅可以用来“产出”值,还可以通过 .send() 方法接收外部传入的值,这使得生成器具备了“双向通信”的能力。于是,生成器变成了可以暂停、恢复执行的函数,这就是协程的雏形。

举个简单的例子:

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def simple_coroutine():
    x = yield
    print("Received:", x)

coro = simple_coroutine()
next(coro)  # 启动协程
coro.send(42)  # 输出 Received: 42

这个例子展示了协程的基本行为:暂停和恢复,并且能接收外部输入。虽然看起来简单,但正是这种机制为后来的异步编程打下了基础。

基于生成器的协程:手动调度时代

当开发者开始用生成器模拟协程时,出现了像 @asyncio.coroutine 这样的装饰器,它本质上就是把一个生成器标记为协程。

这时候的协程需要手动调度,比如使用 yield from 来嵌套调用其他协程:

@asyncio.coroutine
def sub_coroutine():
    print("Start sub")
    yield from asyncio.sleep(1)
    print("End sub")

@asyncio.coroutine
def main():
    yield from sub_coroutine()

asyncio.get_event_loop().run_until_complete(main())

这种方式虽然可行,但有几个问题:

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  • 语法不够直观,yield from 容易让人误解为只是生成器嵌套
  • 需要手动管理事件循环和调度逻辑
  • 协程和普通生成器没有明显区分,容易出错

async/await:现代协程的诞生

为了改进这些问题,Python 3.5 引入了 async/await 语法,标志着现代协程的正式登场。

  • async def 定义协程函数
  • await 用于等待另一个协程完成,代替了之前的 yield from

上面的例子改写成 async/await 版本如下:

async def sub_coroutine():
    print("Start sub")
    await asyncio.sleep(1)
    print("End sub")

async def main():
    await sub_coroutine()

asyncio.run(main())

这样写的好处很明显:

  • 语义清晰,await 明确表示等待一个协程
  • 协程函数有明确标识(async def),避免与普通函数混淆
  • 更加符合异步编程的思维习惯,也更容易被工具识别和优化

小细节:event loop 的变化也很关键

async/await 初期,还需要手动获取和运行 event loop,比如:

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(main())

但从 Python 3.7 开始,可以直接使用 asyncio.run(main()),内部自动创建并关闭 event loop,简化了使用流程。

另外,event loop 的实现也逐渐模块化,允许第三方库自定义(如 uvloop),这也让 Python 的异步性能有了很大提升空间。

总结一下发展脉络

  • 生成器阶段:利用 yield.send() 实现基本的协程功能
  • 生成器协程阶段:通过 @asyncio.coroutineyield from 构建异步任务
  • async/await 阶段:语法层面支持协程,更清晰、安全、高效

基本上就这些内容了。理解这段历史,不仅能帮助你更好地写出高质量的异步代码,也能让你明白为什么现在推荐用 async/await 而不是老式的生成器方式。

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