Kattava opas Pythonin asyncio-korutiinien virheenkorjaukseen sisäänrakennetun virheenkorjaustilan avulla. Opi tunnistamaan ja ratkaisemaan yleisiä asynkronisen ohjelmoinnin ongelmia.
Python-korutiinien virheenkorjaus: Asyncio-virheenkorjaustilan hallinta
Asynkroninen ohjelmointi asyncio:n avulla Pythonissa tarjoaa merkittäviä suorituskykyetuja, erityisesti I/O-sidonnaisissa operaatioissa. Asynkronisen koodin virheenkorjaus voi kuitenkin olla haastavaa sen epälineaarisen suoritusvirran vuoksi. Python tarjoaa sisäänrakennetun virheenkorjaustilan asyncio:lle, mikä voi huomattavasti yksinkertaistaa virheenkorjausprosessia. Tämä opas tutkii, miten asyncio-virheenkorjaustilaa käytetään tehokkaasti asynkronisten sovellustesi yleisten ongelmien tunnistamiseen ja ratkaisemiseen.
Asynkronisen ohjelmoinnin haasteiden ymmärtäminen
Ennen virheenkorjaustilaan sukeltamista on tärkeää ymmärtää asynkronisen koodin virheenkorjauksen yleiset haasteet:
- Epälineaarinen suoritus: Asynkroninen koodi ei suoritu peräkkäin. Korutiinit palauttavat hallinnan tapahtumaluupille, mikä vaikeuttaa suorituspolun jäljittämistä.
- Kontekstin vaihto: Tiheä kontekstin vaihto tehtävien välillä voi hämärtää virheiden lähteen.
- Virheen eteneminen: Yhden korutiinin virheet eivät välttämättä ole heti ilmeisiä kutsuvassa korutiinissa, mikä vaikeuttaa perimmäisen syyn selvittämistä.
- Kilpailutilanteet: Jaetut resurssit, joita useat korutiinit käyttävät samanaikaisesti, voivat johtaa kilpailutilanteisiin, mikä johtaa arvaamattomaan käyttäytymiseen.
- Lukkiutumat: Korutiinit, jotka odottavat toisiaan loputtomasti, voivat aiheuttaa lukkiutumia, jotka pysäyttävät sovelluksen.
Asyncio-virheenkorjaustilan esittely
asyncio-virheenkorjaustila tarjoaa arvokasta tietoa asynkronisen koodisi suorittamisesta. Se tarjoaa seuraavat ominaisuudet:
- Yksityiskohtainen lokitus: Lokittaa erilaisia tapahtumia, jotka liittyvät korutiinien luomiseen, suorittamiseen, peruuttamiseen ja poikkeusten käsittelyyn.
- Resurssivaroitukset: Havaitsee sulkemattomat socketit, sulkemattomat tiedostot ja muut resurssivuodot.
- Hitaan takaisinkutsun tunnistus: Tunnistaa takaisinkutsut, joiden suorittaminen kestää kauemmin kuin määritetty kynnysarvo, mikä osoittaa mahdollisia suorituskyvyn pullonkauloja.
- Tehtävän peruuttamisen seuranta: Tarjoaa tietoja tehtävän peruuttamisesta, mikä auttaa ymmärtämään, miksi tehtäviä peruutetaan ja käsitelläänkö ne oikein.
- Poikkeuskonteksti: Tarjoaa enemmän kontekstia korutiinien sisällä esiintyville poikkeuksille, mikä helpottaa virheen jäljittämistä sen lähteeseen.
Asyncio-virheenkorjaustilan käyttöönotto
Voit ottaa asyncio-virheenkorjaustilan käyttöön useilla tavoilla:
1. Käyttämällä PYTHONASYNCIODEBUG-ympäristömuuttujaa
Yksinkertaisin tapa ottaa virheenkorjaustila käyttöön on asettaa PYTHONASYNCIODEBUG-ympäristömuuttujan arvoksi 1 ennen Python-skriptin suorittamista:
export PYTHONASYNCIODEBUG=1
python your_script.py
Tämä ottaa virheenkorjaustilan käyttöön koko skriptille.
2. Virheenkorjauslipun asettaminen asyncio.run()-funktiossa
Jos käytät asyncio.run()-funktiota tapahtumaluupin käynnistämiseen, voit välittää debug=True-argumentin:
import asyncio
async def main():
print("Hello, asyncio!")
if __name__ == "__main__":
asyncio.run(main(), debug=True)
3. Käyttämällä loop.set_debug()-funktiota
Voit myös ottaa virheenkorjaustilan käyttöön hankkimalla tapahtumaluupin instanssin ja kutsumalla set_debug(True)-funktiota:
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())
Virheenkorjaustulosteen tulkinta
Kun virheenkorjaustila on käytössä, asyncio luo yksityiskohtaisia lokiviestejä. Nämä viestit tarjoavat arvokasta tietoa korutiinien suorittamisesta. Tässä on joitain yleisiä virheenkorjaustulosteiden tyyppejä ja niiden tulkinta:
1. Korutiinien luominen ja suorittaminen
Virheenkorjaustila lokittaa, kun korutiineja luodaan ja käynnistetään. Tämä auttaa seuraamaan korutiinien elinkaarta:
asyncio | execute () running at example.py:3>
asyncio | Task-1: created at example.py:7
Tämä tuloste osoittaa, että tehtävä nimeltä Task-1 luotiin rivillä 7 tiedostossa example.py ja suorittaa parhaillaan korutiinia a(), joka on määritelty rivillä 3.
2. Tehtävän peruuttaminen
Kun tehtävä peruutetaan, virheenkorjaustila lokittaa peruuttamistapahtuman ja peruuttamisen syyn:
asyncio | Task-1: cancelling
asyncio | Task-1: cancelled by () running at example.py:10>
Tämä osoittaa, että Task-1 peruutettiin Task-2:n toimesta. Tehtävän peruuttamisen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää odottamattoman käyttäytymisen estämiseksi.
3. Resurssivaroitukset
Virheenkorjaustila varoittaa sulkemattomista resursseista, kuten socketeista ja tiedostoista:
ResourceWarning: unclosed
Nämä varoitukset auttavat tunnistamaan ja korjaamaan resurssivuodot, jotka voivat johtaa suorituskyvyn heikkenemiseen ja järjestelmän epävakauteen.
4. Hitaan takaisinkutsun tunnistus
Virheenkorjaustila voi havaita takaisinkutsut, joiden suorittaminen kestää kauemmin kuin määritetty kynnysarvo. Tämä auttaa tunnistamaan suorituskyvyn pullonkauloja:
asyncio | Task was destroyed but it is pending!
pending time: 12345.678 ms
5. Poikkeusten käsittely
Virheenkorjaustila tarjoaa enemmän kontekstia korutiinien sisällä esiintyville poikkeuksille, mukaan lukien tehtävä ja korutiini, jossa poikkeus tapahtui:
asyncio | Task exception was never retrieved
future: () done, raised ValueError('Invalid value')>
Tämä tuloste osoittaa, että ValueError-poikkeus nostettiin Task-1:ssä, eikä sitä käsitelty oikein.
Käytännön esimerkkejä virheenkorjauksesta Asyncio-virheenkorjaustilassa
Katsotaanpa joitain käytännön esimerkkejä siitä, miten asyncio-virheenkorjaustilaa käytetään yleisten ongelmien diagnosointiin:
1. Sulkemattomien socketien havaitseminen
Harkitse seuraavaa koodia, joka luo socketin, mutta ei sulje sitä oikein:
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()
# Missing: 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)
Kun suoritat tämän koodin virheenkorjaustila käytössä, näet ResourceWarning-varoituksen, joka osoittaa sulkemattoman socketin:
ResourceWarning: unclosed
Voit korjata tämän varmistamalla, että socket suljetaan oikein, esimerkiksi lisäämällä writer.close()-funktion handle_client-korutiiniin ja odottamalla sitä:
writer.close()
await writer.wait_closed()
2. Hitaiden takaisinkutsujen tunnistaminen
Oletetaan, että sinulla on korutiini, joka suorittaa hitaan operaation:
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)
Vaikka oletusarvoinen virheenkorjaustuloste ei suoraan osoita hitaita takaisinkutsuja, yhdistämällä sen huolelliseen lokitukseen ja profilointityökaluihin (kuten cProfile tai py-spy) voit rajata koodisi hitaita osia. Harkitse aikaleimojen lokittamista ennen ja jälkeen mahdollisesti hitaiden operaatioiden. Työkaluja, kuten cProfile, voidaan sitten käyttää lokitettujen funktiokutsujen kanssa pullonkaulojen eristämiseen.
3. Tehtävän peruuttamisen virheenkorjaus
Harkitse tilannetta, jossa tehtävä peruutetaan odottamatta:
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)
Virheenkorjaustuloste näyttää tehtävän peruutettavan:
asyncio | execute started at example.py:16>
Working...
Working...
Working...
Working...
asyncio | Task-1: cancelling
Worker cancelled
asyncio | Task-1: cancelled by result=None>
Task cancelled in main
Tämä vahvistaa, että tehtävän peruutti main()-korutiini. except asyncio.CancelledError -lohko mahdollistaa siivouksen ennen tehtävän täydellistä lopettamista, mikä estää resurssivuotoja tai epäjohdonmukaisen tilan.
4. Poikkeusten käsittely korutiineissa
Oikea poikkeusten käsittely on ratkaisevan tärkeää asynkronisessa koodissa. Harkitse seuraavaa esimerkkiä, jossa on käsittelemätön poikkeus:
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)
Virheenkorjaustila ilmoittaa käsittelemättömästä poikkeuksesta:
asyncio | Task exception was never retrieved
future: result=None, exception=ZeroDivisionError('division by zero')>
Voit käsitellä tämän poikkeuksen käyttämällä try...except-lohkoa:
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)
Nyt poikkeus otetaan kiinni ja käsitellään sulavasti.
Parhaat käytännöt Asyncio-virheenkorjauksessa
Tässä on joitain parhaita käytäntöjäasyncio-koodin virheenkorjaukseen:
- Ota virheenkorjaustila käyttöön: Ota virheenkorjaustila aina käyttöön kehityksen ja testauksen aikana.
- Käytä lokitusta: Lisää yksityiskohtainen lokitus korutiineihisi niiden suoritusvirran seuraamiseksi. Käytä
logging.getLogger('asyncio')-funktiota asyncio-kohtaisiin tapahtumiin ja omia lokittajiasi sovelluskohtaisiin tietoihin. - Käsittele poikkeukset: Ota käyttöön vankka poikkeusten käsittely, jotta käsittelemättömät poikkeukset eivät kaada sovellustasi.
- Käytä tehtäväryhmiä (Python 3.11+): Tehtäväryhmät yksinkertaistavat poikkeusten käsittelyä ja peruuttamista liittyvien tehtävien ryhmissä.
- Profiloi koodisi: Käytä profilointityökaluja suorituskyvyn pullonkaulojen tunnistamiseen.
- Kirjoita yksikkötestejä: Kirjoita perusteellisia yksikkötestejä korutiinien käyttäytymisen vahvistamiseksi.
- Käytä tyyppivihjeitä: Hyödynnä tyyppivihjeitä tyyppikohtaisten virheiden havaitsemiseksi varhaisessa vaiheessa.
- Harkitse debuggerin käyttöä: Työkaluja, kuten
pdbtai IDE-debuggerit, voidaan käyttää asyncio-koodin läpikäymiseen. Ne ovat kuitenkin usein vähemmän tehokkaita kuin virheenkorjaustila huolellisella lokituksella asynkronisen suorittamisen luonteen vuoksi.
Edistyneet virheenkorjaustekniikat
Perusvirheenkorjaustilan lisäksi harkitse näitä edistyneitä tekniikoita:
1. Mukautetut tapahtumaluuppikäytännöt
Voit luoda mukautettuja tapahtumaluuppikäytäntöjä tapahtumien sieppaamiseen ja lokittamiseen. Tämän avulla voit saada vieläkin tarkempaa hallintaa virheenkorjausprosessissa.
2. Kolmannen osapuolen virheenkorjaustyökalujen käyttö
Useat kolmannen osapuolen virheenkorjaustyökalut voivat auttaa sinua virheenkorjauksessa asyncio-koodissa, kuten:
- PySnooper: Tehokas virheenkorjaustyökalu, joka lokittaa automaattisesti koodisi suorittamisen.
- pdb++: Parannettu versio tavallisesta
pdb-debuggerista, jossa on parannettuja ominaisuuksia. - asyncio_inspector: Kirjasto, joka on suunniteltu erityisesti asyncio-tapahtumaluuppien tarkastamiseen.
3. Apina-paikkaus (Käytä varoen)
Äärimmäisissä tapauksissa voit käyttää apina-paikkausta asyncio-funktioiden käyttäytymisen muokkaamiseen virheenkorjaustarkoituksessa. Tätä tulisi kuitenkin tehdä varoen, koska se voi aiheuttaa hienovaraisia virheitä ja vaikeuttaa koodisi ylläpitoa. Tätä ei yleensä suositella, ellei se ole ehdottoman välttämätöntä.
Johtopäätös
Asynkronisen koodin virheenkorjaus voi olla haastavaa, mutta asyncio-virheenkorjaustila tarjoaa arvokkaita työkaluja ja oivalluksia prosessin yksinkertaistamiseksi. Ottamalla virheenkorjaustilan käyttöön, tulkitsemalla tulosteen ja noudattamalla parhaita käytäntöjä voit tehokkaasti tunnistaa ja ratkaista yleisiä ongelmia asynkronisissa sovelluksissasi, mikä johtaa vankempaan ja suorituskykyisempään koodiin. Muista yhdistää virheenkorjaustila lokitukseen, profilointiin ja perusteelliseen testaukseen parhaan tuloksen saavuttamiseksi. Harjoittelun ja oikeiden työkalujen avulla voit hallita asyncio-korutiinien virheenkorjauksen taidon ja rakentaa skaalautuvia, tehokkaita ja luotettavia asynkronisia sovelluksia.