小白也能懂的Python協程與asyncio指南

小白也能懂的 Python 協程與 asyncio 指南#

一、從生活場景理解異步編程#

1.1 買奶茶的兩種方式#

假設你要買三杯奶茶，每杯製作需要 2 分鐘：

傳統方式（同步）：

def 買奶茶_同步():
    for _ in range(3):
        等待2分鐘()  # 幹等著不動
        拿奶茶()

# 總耗時：3×2=6分鐘 ❌

聰明方式（異步）：

async def 買奶茶_異步():
    訂單列表 = [下單(), 下單(), 下單()]  # 同時下單
    await asyncio.gather(*訂單列表)  # 邊等邊玩手機

# 總耗時：2分鐘 ✅

1.2 協程就像外賣小哥#

想像一個外賣小哥同時處理多個訂單：

到 A 店取餐（等待時去 B 店）
途中接新訂單（靈活調整路線）
送達後立即接下一單（不浪費時間）

這就是協程的工作方式！不需要多個小哥（線程），一個就能高效完成任務。

二、最簡協程入門（附可運行代碼）#

2.1 Hello 協程版#

import asyncio

async def 打招呼(name):  # 關鍵1：async定義協程
    print(f"{name}開始做事")
    await asyncio.sleep(1)  # 關鍵2：遇到等待就掛起
    print(f"{name}事情做完啦")

async def 主任務():
    await asyncio.gather(
        打招呼("小明"),
        打招呼("小紅")
    )

asyncio.run(主任務())  # 關鍵3：啟動事件循環

輸出結果：

小明開始做事
小紅開始做事
（等待1秒）
小明事情做完啦
小紅事情做完啦

2.2 執行過程圖解#

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三、必須掌握的 3 個核心概念#

3.1 協程三要素#

要素	說明	類比
async def	聲明協程函數	給外賣訂單貼上 "加急" 標籤
await	暫停並讓出控制權	小哥暫時離開去送其他訂單
事件循環	協調所有任務的調度員	外賣平台派單系統

3.2 常見誤區清單#

錯誤：在普通函數中使用 await

def 普通函數():
    await asyncio.sleep(1)  # 報錯！

錯誤：忘記創建任務

async def 錯誤示例():
    # 順序執行，沒有並發！
    await 任務1()
    await 任務2()

正確做法：

async def 正確示例():
    task1 = asyncio.create_task(任務1())
    task2 = asyncio.create_task(任務2())
    await task1
    await task2

四、手把手實戰：下載多張圖片#

4.1 同步版本（龜速）#

import requests

def 下載圖片(url):
    print(f"開始下載 {url}")
    data = requests.get(url).content
    with open("圖片.jpg", "wb") as f:
        f.write(data)
    print(f"下載完成 {url}")

def 主函數():
    urls = ["url1", "url2", "url3"]  # 假設3個圖片地址
    for url in urls:
        下載圖片(url)

# 總耗時：單張耗時 × 數量

4.2 異步版本（飛一般的感覺）#

import aiohttp

async def 異步下載(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        print(f"開始下載 {url}")
        async with session.get(url) as response:
            data = await response.read()
        with open(f"{url.split('/')[-1]}", "wb") as f:
            f.write(data)
        print(f"下載完成 {url}")

async def 主任務():
    urls = ["url1", "url2", "url3"]
    await asyncio.gather(*[異步下載(url) for url in urls])

asyncio.run(主任務())

4.3 性能對比#

圖片數量	同步耗時	異步耗時	速度提升
10	20s	2s	10 倍
100	200s	5s	40 倍

五、常見問題解答#

Q1：協程和多線程有什麼區別？#

特性	協程	多線程
資源占用	一個線程搞定所有	每個線程需要獨立資源
切換方式	主動讓出控制權	被系統強制切換
適用場景	適合大量 IO 操作	適合計算密集型任務
編程難度	需要理解異步語法	需要處理線程安全問題

Q2：什麼時候不能用協程？#

需要大量 CPU 計算的場景（如視頻轉碼）
使用不支持異步的庫（比如傳統的數據庫驅動）
需要跨核並行計算（需結合多進程）

Q3：如何調試協程程序？#

使用asyncio.run()作為入口
在協程內使用普通 print 語句

使用專業調試器：

import logging
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

六、最佳學習路線建議#

6.1 新手三步走#

先寫同步代碼理解業務流程
將耗時操作替換為 async/await
用asyncio.gather實現並發

6.2 推薦練習項目#

項目類型	實現功能	技能點
天氣查詢器	同時查詢多個城市天氣	基礎異步請求
網頁監控	定時檢查多個網站狀態	異步定時任務
聊天機器人	同時處理多個用戶消息	並發消息處理

七、記住這 5 句話就夠了#

async def：聲明協程的起跑線
await：遇到 IO 就舉手暫停
事件循環：幕後總調度員
create_task：把協程變成可執行任務
asyncio.run()：程序啟動開關

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