如何用Python源码理解协程运行机制分析Python源码中的async与await

蓮花仙者

发布时间：2025-08-05 12:01:01

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来源于php中文网

原创

协程是一种用户态轻量级线程，允许单线程中实现并发。1.async声明协程函数，返回可被事件循环调度的协程对象，并标记为co_coroutine。2.await用于挂起当前协程，调用__await__或__iter__方法等待结果，期间保存状态并交出控制权。3.事件循环负责调度协程，通过轮询和激活机制管理执行流程，使用select模块监听事件。4.调试协程可通过日志、pdb或专用工具如aiodebug辅助。5.协程适用于io密集型任务，切换开销小且无需锁；多线程适合cpu密集型任务，能利用多核但开销大且需处理竞态条件。

如何用Python源码理解协程运行机制分析Python源码中的async与await

协程，简单来说，就是一种用户态的轻量级线程，它允许你在单线程中实现并发，而无需像传统线程那样进行上下文切换的开销。理解Python协程的运行机制，关键在于理解

async

和

await

这两个关键字在源码层面的作用。

理解

async

和

await

，需要深入到Python解释器的内部，特别是事件循环和生成器的状态管理。

async

声明一个函数为协程函数，而

await

则用于挂起当前协程，等待另一个协程完成。这种挂起和恢复操作，依赖于事件循环的调度。

用Python源码理解协程运行机制，需要关注async和await的实现，以及事件循环的运作方式。

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async

关键字究竟做了什么？

async

关键字的作用远不止表面上声明一个函数为协程那么简单。实际上，它会改变函数的行为，使其返回一个协程对象。这个协程对象是一个生成器，但它不是普通的生成器，而是一个可以被事件循环调度的特殊生成器。

在Python源码中，

async

关键字的处理涉及到对函数对象

__code__

属性的修改，以及对函数返回值的包装。具体来说，

async

函数会被标记为CO_COROUTINE，这个标记告诉解释器这是一个协程函数。

要理解得更深入，可以看看

async def

对应的字节码。例如：

import dis

async def my_coroutine():
    await asyncio.sleep(1)
    return "Done"

dis.dis(my_coroutine)

输出的字节码会包含

GET_AWAITABLE

和

GET_AITER

等指令，这些指令是协程机制的关键。

await

背后的魔法

await

关键字是协程的核心，它实现了协程的挂起和恢复。当一个协程遇到

await

表达式时，它会暂停执行，并将控制权交还给事件循环。事件循环会选择另一个可以执行的协程继续执行。当

await

等待的协程完成时，事件循环会重新激活之前的协程，让它从暂停的地方继续执行。

await

表达式实际上调用了

__await__

方法，如果对象没有实现

__await__

方法，会尝试调用

__iter__

方法。这使得

await

可以用于等待协程、Future对象，甚至是实现了迭代器的对象。

在源码层面，

await

涉及到对生成器状态的保存和恢复。当协程被挂起时，它的状态会被保存起来，包括当前的执行位置、局部变量等。当协程被重新激活时，它的状态会被恢复，就像什么都没发生过一样。

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事件循环：协程的调度中心

事件循环是协程的调度中心，它负责管理所有的协程，并在合适的时机激活它们。事件循环会不断地轮询所有的协程，检查它们是否已经准备好执行。如果一个协程已经准备好执行，事件循环就会激活它，让它执行一段时间。当协程遇到

await

表达式时，它会被挂起，事件循环会选择另一个可以执行的协程继续执行。

Python的

asyncio

库提供了事件循环的实现。可以通过

asyncio.get_event_loop()

获取当前的事件循环，并使用

loop.run_until_complete()

运行协程。

要深入理解事件循环，可以阅读

asyncio

库的源码，特别是

_SelectorEventLoop

类的实现。这个类使用了

select

模块来监听文件描述符上的事件，并在事件发生时激活相应的协程。

如何调试协程？

调试协程可能会比较棘手，因为协程的执行是异步的，很难跟踪它的执行流程。可以使用Python的

pdb

调试器，或者使用一些专门的协程调试工具，例如

aiodebug

。

另外，可以使用日志来记录协程的执行过程。在协程的关键位置添加日志语句，可以帮助你了解协程的执行流程，并找到问题所在。

例如：

import asyncio
import logging

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

async def my_coroutine(i):
    logging.debug(f"Coroutine {i}: Starting")
    await asyncio.sleep(1)
    logging.debug(f"Coroutine {i}: Finishing")
    return f"Coroutine {i} Done"

async def main():
    results = await asyncio.gather(*(my_coroutine(i) for i in range(3)))
    print(results)

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())