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Python 协程 asyncio 的事件循环原理

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-26 19:45:10

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来源于php中文网

原创

asyncio事件循环是单线程调度器,基于I/O多路复用轮询就绪文件描述符并调度协程;await让出执行权而非挂起线程,触发暂停+注册恢复逻辑;asyncio.run()每次新建且仅运行一次事件循环,重复调用报RuntimeError。

python 协程 asyncio 的事件循环原理

asyncio 事件循环本质是一个单线程的调度器

它不启动新线程,也不依赖操作系统级事件通知(如 epoll/kqueue)直接驱动协程——而是靠 Python 层的 selectepollIOCP 等底层 I/O 多路复用机制轮询就绪文件描述符,再把控制权交还给对应的 coroutine。你写的 await 表达式不是“挂起线程”,而是让出当前协程的执行权,登记一个回调,等 I/O 完成后再由事件循环重新调度它。

关键点:

  • asyncio.run() 每次调用都会新建一个事件循环(主线程中),且只允许运行一次;重复调用会报 RuntimeError: asyncio.run() cannot be called from a running event loop
  • 事件循环本身是可插拔的:asyncio.SelectorEventLoop(Unix 默认)、asyncio.ProactorEventLoop(Windows 默认)、uvloop.EventLoopPolicy(第三方高性能替代)
  • 循环内部维护三个核心队列:_ready(已就绪的回调)、_scheduled(带延迟的定时任务)、_selector(等待 I/O 就绪的 socket/pipe 等)

为什么 await 后协程不立即执行?

因为 await 触发的是「暂停当前协程 + 注册恢复逻辑」,不是函数调用。比如 await asyncio.sleep(1) 实际是把当前协程加入 _scheduled 队列,并设置一个 1 秒后触发的回调;而 await reader.read(1024) 是把协程注册进 _selector,等待 socket 可读。

常见误解:

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  • 认为 await func() 和普通函数调用一样“进入函数体”——其实 func() 必须返回 Awaitable(通常是 coroutine 对象),await 才接管调度
  • 在非 async def 函数里写 await → 报错 SyntaxError: 'await' outside async function
  • 忘记 await 导致返回的是 coroutine 对象而非结果,后续操作(如 .split())直接抛 AttributeError

loop.run_until_complete() 和 asyncio.run() 的区别在哪?

asyncio.run() 是高层封装:自动创建 loop、设置为当前线程默认 loop、执行任务、关闭 loop 并清理资源;而 loop.run_until_complete() 是底层接口,要求你手动管理 loop 生命周期。

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实操建议:

  • 脚本入口统一用 asyncio.run(main()),别自己 get_event_loop().run_until_complete(...)
  • 嵌入已有线程(如 Flask/GUI 主线程)时,不能用 asyncio.run(),得用 asyncio.create_task() + 手动驱动 loop(但需确保 loop 未关闭且线程安全)
  • 测试中若多次调用 run_until_complete,记得每次用新 loop:asyncio.new_event_loop(),否则可能遇到 RuntimeError: This event loop is already running

协程切换开销到底有多大?

一次 await 切换平均耗时约 50–200 纳秒(CPython 3.11+),远低于线程切换(微秒级)或进程 fork(毫秒级)。但这不意味着“无成本”——高频小 await(如空 await asyncio.sleep(0))会显著拖慢吞吐,因为每次都要走调度队列、检查就绪、更新状态。

性能敏感场景要注意:

  • 避免在 tight loop 中写 await asyncio.sleep(0) 做“让出”——改用 asyncio.current_task().cancel() 或更明确的信号机制
  • asyncio.to_thread()(3.9+)适合 CPU 密集型阻塞调用,但它仍要跨线程通信,比纯协程调度重得多
  • 大量并发 task 时,asyncio.gather() 比逐个 await 更高效,因内部做了批量调度优化

真正容易被忽略的是事件循环和协程的绑定关系:一个 loop 只能被一个线程运行,且一旦 close() 就不可重用;跨线程调用 call_soon_threadsafe() 是唯一安全方式,但回调执行时机不可预测。

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