Python Coroutine'i silumine: Asyncio silumisrežiimi valdamine

Asünkroonprogrammimine Pythonis asyncio abil pakub märkimisväärset jõudluse kasu, eriti I/O-intensiivsete operatsioonide puhul. Kuid asünkroonse koodi silumine võib selle ebajärjekindla täitmisvoo tõttu olla keeruline. Python pakub asyncio jaoks sisseehitatud silumisrežiimi, mis võib silumisprotsessi oluliselt lihtsustada. See juhend uurib, kuidas asyncio silumisrežiimi tõhusalt kasutada, et tuvastada ja lahendada teie asünkroonsetes rakendustes esinevaid levinud probleeme.

Asünkroonse programmeerimise väljakutsete mõistmine

Enne silumisrežiimi sukeldumist on oluline mõista asünkroonse koodi silumise levinumaid väljakutseid:

• Ebajärjekindel täitmine: Asünkroonne kood ei täitu järjestikku. Coroutine'id annavad kontrolli tagasi sündmuste tsüklile, muutes täitmisjärjestuse jälgimise keeruliseks.
• Konteksti vahetus: Sagedased konteksti vahetused ülesannete vahel võivad vigade allikaid varjutada.
• Vigade levik: Ühe coroutine'i vead ei pruugi kutsuvas coroutine'is koheselt ilmneda, muutes algpõhjuse väljaselgitamise keeruliseks.
• Võistlusolukorrad: Mitme coroutine'i poolt samaaegselt kasutatavad jagatud ressursid võivad põhjustada võistlusolukordi, mis toovad kaasa ettearvamatu käitumise.
• Umblukud: Coroutine'id, mis ootavad teineteist lõputult, võivad põhjustada umblukke ja rakenduse seiskumist.

Asyncio silumisrežiimi tutvustus

asyncio silumisrežiim pakub väärtuslikku teavet teie asünkroonse koodi täitmise kohta. See pakub järgmisi funktsioone:

• Detailne logimine: Logib erinevaid sündmusi, mis on seotud coroutine'ide loomise, täitmise, tühistamise ja erandite töötlemisega.
• Ressursi hoiatused: Tuvastab sulgemata pesad, sulgemata failid ja muud ressursi lekked.
• Aeglaste tagasikutsumiste tuvastamine: Tuvastab tagasikutsumised, mille täitmine võtab kauem kui määratud läveväärtus, näidates võimalikke jõudlusbarjääre.
• Ülesannete tühistamise jälgimine: Pakub teavet ülesannete tühistamise kohta, aidates teil mõista, miks ülesanded tühistatakse ja kas neid töödeldakse õigesti.
• Erandite kontekst: Pakub coroutine'ide sees esinevate erandite kohta rohkem konteksti, muutes vea allikani tagasijälgimise lihtsamaks.

Asyncio silumisrežiimi lubamine

asyncio silumisrežiimi saate lubada mitmel viisil:

1. Keskkonnamuutuja PYTHONASYNCIODEBUG kasutamine

Lihtsaim viis silumisrežiimi lubamiseks on keskkonnamuutuja PYTHONASYNCIODEBUG seadmine väärtuseks 1 enne oma Pythoni skripti käivitamist:

            export PYTHONASYNCIODEBUG=1
python your_script.py
            

              
                Copy
              
            
          

See lubab silumisrežiimi kogu skripti jaoks.

2. Silumis lipu seadmine asyncio.run()

Kui kasutate oma sündmuste tsükli käivitamiseks asyncio.run(), saate edastada argumendi debug=True:

            import asyncio

async def main():
    print("Hello, asyncio!")

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

              
                Copy
              
            
          

3. loop.set_debug() kasutamine

Silumisrežiimi saate lubada ka sündmuste tsükli eksemplari hankides ja kutsudes set_debug(True):

            import asyncio

async def main():
    print("Hello, asyncio!")

if __name__ == "__main__":
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.set_debug(True)
    loop.run_until_complete(main())

            

              
                Copy
              
            
          

Silumis väljundi tõlgendamine

Kui silumisrežiim on lubatud, genereerib asyncio üksikasjalikke logisõnumeid. Need sõnumid pakuvad väärtuslikku teavet teie coroutine'ide täitmise kohta. Siin on mõned levinumad silumis väljundi tüübid ja nende tõlgendamine:

1. Coroutine'i loomine ja täitmine

Silumisrežiim logib, millal coroutine'id luuakse ja käivitatakse. See aitab teil jälgida teie coroutine'ide elutsüklit:

            asyncio | execute <Task pending name='Task-1' coro=<a() running at example.py:3>>
asyncio | Task-1: created at example.py:7
            

              
                Copy
              
            
          

See väljund näitab, et example.py 7. real loodi ülesanne nimega Task-1 ja see täidab praegu 3. real määratletud coroutine'i a().

2. Ülesande tühistamine

Kui ülesanne tühistatakse, logib silumisrežiim tühistamise sündmuse ja tühistamise põhjuse:

            asyncio | Task-1: cancelling
asyncio | Task-1: cancelled by <Task pending name='Task-2' coro=<b() running at example.py:10>>
            

              
                Copy
              
            
          

See näitab, et Task-1 tühistati Task-2 poolt. Ülesannete tühistamise mõistmine on ettearvamatu käitumise vältimiseks ülioluline.

3. Ressursi hoiatused

Silumisrežiim hoiatab sulgemata ressursside, nagu pesad ja failid, kohta:

            ResourceWarning: unclosed <socket.socket fd=3, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 5000), raddr=('127.0.0.1', 60000)
            

              
                Copy
              
            
          

Need hoiatused aitavad teil tuvastada ja parandada ressursi lekked, mis võivad põhjustada jõudluse halvenemist ja süsteemi ebastabiilsust.

4. Aeglaste tagasikutsumiste tuvastamine

Silumisrežiim võib tuvastada tagasikutsumisi, mille täitmine võtab kauem kui määratud läveväärtus. See aitab teil tuvastada jõudlusbarjääre:

            asyncio | Task was destroyed but it is pending!
pending time: 12345.678 ms

            

              
                Copy
              
            
          

5. Erandite töötlemine

Silumisrežiim pakub coroutine'ides esinevate erandite kohta rohkem konteksti, sealhulgas ülesande ja coroutine'i, kus erand esines:

            asyncio | Task exception was never retrieved
future: <Task finished name='Task-1' coro=<a() done, raised ValueError('Invalid value')>>
            

              
                Copy
              
            
          

See väljund näitab, et Task-1 esines ValueError ja seda ei töödeldud nõuetekohaselt.

Praktilised näited silumisest Asyncio silumisrežiimiga

Vaatame mõningaid praktilisi näiteid selle kohta, kuidas asyncio silumisrežiimi kasutada levinud probleemide diagnoosimiseks:

1. Sulgemata pesade tuvastamine

Kaaluge järgmist koodi, mis loob pesa, kuid ei sulge seda korralikult:

            import asyncio
import socket

async def handle_client(reader, writer):
    data = await reader.read(100)
    message = data.decode()
    addr = writer.get_extra_info('peername')
    print(f"Received {message!r} from {addr!r}")

    print(f"Send: {message!r}")
    writer.write(data)
    await writer.drain()

    # Puudub: writer.close()

async def main():
    server = await asyncio.start_server(
        handle_client,
        '127.0.0.1',
        8888
    )

    addr = server.sockets[0].getsockname()
    print(f'Serving on {addr}')

    async with server:
        await server.serve_forever()

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

              
                Copy
              
            
          

Kui käivitate seda koodi silumisrežiimiga lubatud, näete ResourceWarning, mis näitab sulgemata pesa:

            ResourceWarning: unclosed <socket.socket fd=4, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=6, laddr=('127.0.0.1', 8888), raddr=('127.0.0.1', 54321)>
            

              
                Copy
              
            
          

Selle parandamiseks peate tagama, et pesa suletakse korralikult, näiteks lisades writer.close() handle_client coroutine'i ja oodates seda:

                writer.close()
    await writer.wait_closed()
            

              
                Copy
              
            
          

2. Aeglaste tagasikutsumiste tuvastamine

Oletagem, et teil on coroutine, mis teostab aeglast operatsiooni:

            import asyncio
import time

async def slow_function():
    print("Starting slow function")
    time.sleep(2)
    print("Slow function finished")
    return "Result"

async def main():
    task = asyncio.create_task(slow_function())
    result = await task
    print(f"Result: {result}")

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

              
                Copy
              
            
          

Kuigi vaikimisi silumisväljund ei täpsusta otseselt aeglasi tagasikutsumisi, võimaldab selle kombineerimine hoolika logimise ja profiilivahenditega (nagu cProfile või py-spy) aeglaste osade väljaselgitamiseks kitsendada. Kaaluge ajatemplite logimist enne ja pärast potentsiaalselt aeglaseid operatsioone. Seejärel saab kasutada tööriistu nagu cProfile logitud funktsioonikutsete suhtes, et isoleerida barjäärid.

3. Ülesannete tühistamise silumine

Kaaluge stsenaariumi, kus ülesanne tühistatakse ootamatult:

            import asyncio

async def worker():
    try:
        while True:
            print("Working...")
            await asyncio.sleep(0.5)
    except asyncio.CancelledError:
        print("Worker cancelled")

async def main():
    task = asyncio.create_task(worker())
    await asyncio.sleep(2)
    task.cancel()
    try:
        await task
    except asyncio.CancelledError:
        print("Task cancelled in main")

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

              
                Copy
              
            
          

Silumisväljund näitab ülesande tühistamist:

            asyncio | execute <Task pending name='Task-1' coro=<worker() running at example.py:3> started at example.py:16>
Working...
Working...
Working...
Working...
asyncio | Task-1: cancelling
Worker cancelled
asyncio | Task-1: cancelled by <Task finished name='Task-2' coro=<main() done, defined at example.py:13> result=None>
Task cancelled in main
            

              
                Copy
              
            
          

See kinnitab, et main() coroutine tühistas ülesande. except asyncio.CancelledError plokk võimaldab enne ülesande täielikku lõpetamist puhastamist, vältides ressursi lekkimist või ebajärjekindlat olekut.

4. Erandite käsitlemine coroutine'ides

Nõuetekohane erandite töötlemine on asünkroonses koodis kriitiline. Kaaluge järgmist näidet sulgemata erandiga:

            import asyncio

async def divide(x, y):
    return x / y

async def main():
    result = await divide(10, 0)
    print(f"Result: {result}")

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

              
                Copy
              
            
          

Silumisrežiim teatab sulgemata erandist:

            asyncio | Task exception was never retrieved
future: <Task finished name='Task-1' coro=<main() done, defined at example.py:6> result=None, exception=ZeroDivisionError('division by zero')>
            

              
                Copy
              
            
          

Selle erandi käsitlemiseks võite kasutada try...except plokki:

            import asyncio

async def divide(x, y):
    return x / y

async def main():
    try:
        result = await divide(10, 0)
        print(f"Result: {result}")
    except ZeroDivisionError as e:
        print(f"Error: {e}")

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

              
                Copy
              
            
          

Nüüd püütakse erand kinni ja töödeldakse see korralikult.

Parimad tavad Asyncio silumiseks

Siin on mõned parimad tavad asyncio koodi silumiseks:

• Luba silumisrežiim: Luba arenduse ja testimise ajal alati silumisrežiim.
• Kasuta logimist: Lisa oma coroutine'idesse üksikasjalik logimine, et jälgida nende täitmist. Kasuta asyncio spetsiifiliste sündmuste jaoks logging.getLogger('asyncio') ja oma logijaid rakenduse spetsiifilise andmete jaoks.
• Käsitle erandeid: Rakenda tugev erandite töötlemine, et vältida sulgemata erandite rakenduse krahhi põhjustamist.
• Kasuta ülesannete rühmi (Python 3.11+): Ülesannete rühmad lihtsustavad erandite töötlemist ja tühistamist seotud ülesannete rühmades.
• Profiili oma kood: Kasuta profiilivahendeid, et tuvastada jõudlusbarjääre.
• Kirjuta üksusteste: Kirjuta põhjalikud üksusteste, et kontrollida oma coroutine'ide käitumist.
• Kasuta tüüphindu: Kasuta tüüphindu, et varakult tüübist tulenevaid vigu tuvastada.
• Kaaluge siluri kasutamist: Silumise jaoks saab kasutada tööriistu nagu `pdb` või IDE silurid. Need on aga asünkroonse täitmise olemuse tõttu sageli vähem tõhusad kui hoolika logimisega silumisrežiim.

Täiustatud silumistehnikad

Lisaks põhilisele silumisrežiimile kaaluge neid täiustatud tehnikaid:

1. Kohandatud sündmuste tsükli eeskirjad

Saate luua kohandatud sündmuste tsükli eeskirju, et sündmusi vahele võtta ja logida. See võimaldab teil saada silumisprotsessi üle veelgi täpsema kontrolli.

2. Kolmandate osapoolte silumisvahendite kasutamine

Mitmed kolmandate osapoolte silumisvahendid võivad aidata teil asyncio koodi siluda, näiteks:

• PySnooper: Võimas silumisvahend, mis logib automaatselt teie koodi täitmise.
• pdb++: Standardse pdb siluri täiustatud versioon täiustatud funktsioonidega.
• asyncio_inspector: Raamatukogu, mis on spetsiaalselt loodud asyncio sündmuste tsüklite kontrollimiseks.

3. Monkey Patching (Kasuta ettevaatlikult)

Äärmuslikes olukordades saate silumise eesmärgil kasutada monkey patchingut, et muuta asyncio funktsioonide käitumist. Seda tuleks aga teha ettevaatlikult, kuna see võib põhjustada peeneid vigu ja muuta teie koodi raskemini hooldatavaks. Seda üldiselt ei soovitata, välja arvatud juhul, kui see on absoluutselt vajalik.

Kokkuvõte

Asünkroonse koodi silumine võib olla keeruline, kuid asyncio silumisrežiim pakub väärtuslikke tööriistu ja teavet, et protsessi lihtsustada. Lubades silumisrežiimi, tõlgendades väljundit ja järgides parimaid tavasid, saate oma asünkroonsetes rakendustes esinevaid levinud probleeme tõhusalt tuvastada ja lahendada, mis viib robustsema ja tõhusama koodini. Pidage meeles, et parimate tulemuste saamiseks ühendage silumisrežiim logimise, profiilide ja põhjaliku testimisega. Harjutamise ja õigete tööriistadega saate omandada asyncio coroutine'ide silumise kunsti ning luua skaleeritavaid, tõhusaid ja usaldusväärseid asünkroonseid rakendusi.