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Python IO 密集型任务的优化思路

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-31 18:49:02

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来源于php中文网

原创

threading比multiprocessing更适合IO密集型任务,因GIL不阻塞系统调用,IO等待时线程让出CPU,其他线程可继续执行;而multiprocessing启动开销大、通信成本高,属过度设计。

python io 密集型任务的优化思路

为什么 threadingmultiprocessing 更适合 IO 密集型任务

因为 Python 的 GIL 不会阻塞系统调用(如网络请求、磁盘读写),IO 等待期间线程会主动让出 CPU,此时其他线程可继续执行。而 multiprocessing 启动开销大、进程间通信成本高,对纯 IO 场景是过度设计。

  • 典型场景:requests.get() 批量调用、open() 读取多个小文件、数据库 fetch() 查询
  • 注意:若任务中混有 CPU 计算(比如解析 JSON 后做统计),需拆分——IO 部分用线程,计算部分考虑 concurrent.futures.ProcessPoolExecutor
  • 默认线程数不宜设得过高(如 100+),容易触发系统级连接数限制或服务端限流;建议从 10–30 开始压测

asyncio + aiohttp 替代同步 requests 的关键点

异步不是“自动变快”,而是避免线程空等。但必须所有 IO 调用都异步化,否则一个 time.sleep(1)requests.get() 就会让整个 event loop 卡住。

  • 不能混用同步库:把 requests 放进 asyncio.to_thread() 是兜底方案,但失去异步优势
  • aiohttp.ClientSession 必须复用,每次新建 session 会重建连接池,抵消并发收益
  • 错误处理要显式:HTTP 异常(如 aiohttp.ClientError)、超时(asyncio.TimeoutError)不会被 try/except Exception 捕获全
async with aiohttp.ClientSession() as session:
    tasks = [fetch_url(session, url) for url in urls]
    results = await asyncio.gather(*tasks, return_exceptions=True)

文件读写频繁时,别忽略操作系统缓存和缓冲区设置

Python 默认的 open() 使用系统页缓存,但小文件高频读写仍可能成为瓶颈。盲目加线程不一定提升吞吐,反而因上下文切换拖慢整体速度。

  • 批量读:优先用 os.listdir() + pathlib.Path.read_text(),比循环 open() 更简洁;大文件用 io.BufferedReader 控制 buffering 参数
  • 批量写:避免逐行 f.write(),改用 '\n'.join(lines) 一次性写入;日志类场景可用 logging.handlers.RotatingFileHandler 内置缓冲
  • 注意:NFS 或网络存储上,os.stat() 可能比读文件本身还慢,缓存元信息比反复 stat 更有效

concurrent.futures.ThreadPoolExecutor 的 timeout 和 max_workers 容易被误设

这两个参数直接决定任务是否“看似卡死”或“大量失败”。timeout 是单个 submit() 的执行上限,不是整个 map() 的总耗时。

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  • max_workers=None 在 Python 3.8+ 表示 min(32, os.cpu_count() + 4),对 IO 任务通常偏少,需手动设为 20–50
  • timeout 设太短(如 0.5 秒)会导致大量 concurrent.futures.TimeoutError,设太长(如 300 秒)会让失败任务拖住后续调度
  • 提交任务后,记得调用 as_completed()result() 获取结果,否则异常会被静默吞掉

最常被忽略的是:线程池 shutdown 后不能再 submit,但未完成的任务仍会继续运行——这在长周期脚本里容易引发资源泄漏。

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