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Python3の`asyncio`とは？

Python 3
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Pythonのasyncioとは？

asyncio は、Python 標準ライブラリに含まれる非同期プログラミングのためのモジュールです。非同期 I/O 操作や並行処理を効率的に実現するためのツールを提供します。

まとめ

  • asyncio は、Python 標準ライブラリが提供する非同期プログラミングのためのモジュールです。
  • イベントループを中心に、非同期タスクや I/O 操作を効率的に管理します。
  • async def と await を使用して、シンプルかつ効率的な非同期コードを記述できます。

asyncio を活用することで、ネットワーク通信や並行処理を効率的に実現できます。

主な特徴

  1. 非同期プログラミングのサポート:

    • asyncio は、非同期タスクをスケジュールし、並行して実行するためのイベントループを提供します。
    • async def や await を使用して非同期関数を定義・実行できます。

  2. 非同期 I/O 操作:

    • ネットワーク通信やファイル操作など、ブロッキング操作を非同期で実行できます。
    • 例: ソケット通信、HTTPリクエスト、データベースクエリなど。

  3. イベントループ:

    • イベントループは、非同期タスクや I/O 操作をスケジュールし、効率的に実行します。
    • asyncio.run() を使用してイベントループを開始します。

  4. タスクの並行実行:

    • 複数の非同期タスクを並行して実行できます。
    • asyncio.gather() や asyncio.create_task() を使用してタスクをスケジュールします。

  5. 高レベルと低レベルの API:

    • 高レベル API: asyncio.run(), asyncio.gather(), asyncio.Queue() など。
    • 低レベル API: カスタムイベントループやプロトコルの実装。

基本的な使い方

非同期関数の定義と実行

import asyncio

async def say_hello():
    print("Hello, World!")
    await asyncio.sleep(1)  # 非同期で1秒待機
    print("Goodbye, World!")

asyncio.run(say_hello())  # イベントループを開始して非同期関数を実行

複数タスクの並行実行

import asyncio

async def task1():
    for i in range(3):
        print(f"Task 1 - Step {i}")
        await asyncio.sleep(1)

async def task2():
    for i in range(3):
        print(f"Task 2 - Step {i}")
        await asyncio.sleep(1.5)

async def main():
    await asyncio.gather(task1(), task2())  # 並行してタスクを実行

asyncio.run(main())

主な構成要素

  1. イベントループ:

    • 非同期タスクや I/O 操作をスケジュールし、実行する仕組み。
    • asyncio.get_event_loop() で現在のイベントループを取得。

  2. 非同期関数 (async def):

    • 非同期処理を定義するための関数。
    • await を使用して他の非同期処理を待機できます。

  3. タスク (asyncio.Task):

    • イベントループで実行される非同期タスク。
    • asyncio.create_task() を使用してタスクを作成。

  4. 非同期キュー (asyncio.Queue):

    • タスク間でデータをやり取りするための非同期キュー。

  5. 非同期 I/O:

    • ソケット通信やファイル操作を非同期で実行。

代表的な関数とクラス

  1. asyncio.run(coro):

    • イベントループを開始してコルーチンを実行します。

  2. asyncio.gather(*coros):

    • 複数のコルーチンを並行して実行します。

  3. asyncio.create_task(coro):

    • コルーチンをタスクとしてスケジュールします。

  4. asyncio.Queue():

    • 非同期タスク間でデータをやり取りするためのキュー。

  5. asyncio.sleep(seconds):

    • 非同期で指定した秒数だけ待機します。

asyncio を使うメリット

  1. 効率的な並行処理:

    • 非同期 I/O を利用することで、ブロッキング操作を回避し、効率的にタスクを実行できます。

  2. シンプルなコード:

    • async と await を使用することで、非同期処理を直感的に記述できます。

  3. スケーラビリティ:

    • 多数の I/O 操作を効率的に処理できるため、ネットワーク通信やデータベース操作に適しています。