本文是寫給 JavaScript 程序員的 Python 教程。
Python 的異步編程，其他人可能覺得很難，但是 JavaScript 程序員應該特別容易理解，因為兩者的概念和語法類似。JavaScript 的異步模型更簡單直觀，很適合作為學習 Python 異步的基礎。
本文解釋 Python 的異步模塊 asyncio 的概念和基本用法，並且演示如何通過 Python 腳本操作無頭瀏覽器 pyppeteer 。
一、Python 異步編程的由來
歷史上，Python 並不支持專門的異步編程語法，因為不需要。
有了多線程（threading）和多進程（multiprocessing），就沒必要一定支持異步了。如果一個線程（或進程）阻塞，新建其他線程（或進程）就可以了，程序不會卡死。
但是，多線程有"線程競爭"的問題，處理起來很複雜，還涉及加鎖。對於簡單的異步任務來說（比如與網頁互動），寫起來很麻煩。
Python 3.4 引入了 asyncio 模塊，增加了異步編程，跟 JavaScript 的async/await 極為類似，大大方便了異步任務的處理。它受到了開發者的歡迎，成為從 Python 2 升級到 Python 3 的主要理由之一。
二、asyncio 的設計
asyncio 模塊最大特點就是，只存在一個線程，跟 JavaScript 一樣。
由於只有一個線程，就不可能多個任務同時運行。asyncio 是"多任務合作"模式（cooperative multitasking），允許異步任務交出執行權給其他任務，等到其他任務完成，再收回執行權繼續往下執行，這跟 JavaScript 也是一樣的。
由於代碼的執行權在多個任務之間交換，所以看上去好像多個任務同時運行，其實底層只有一個線程，多個任務分享運行時間。
表面上，這是一個不合理的設計，明明有多線程多進程的能力，為什麼放著多餘的 CPU 核心不用，而只用一個線程呢？但是就像前面說的，單線程簡化了很多問題，使得代碼邏輯變得簡單，寫法符合直覺。
asyncio 模塊在單線程上啟動一個事件循環（event loop），時刻監聽新進入循環的事件，加以處理，並不斷重複這個過程，直到異步任務結束。事件循環的內部機制，可以參考 JavaScript 的模型，兩者是一樣的。
三、asyncio API
下面介紹 asyncio 模塊最主要的幾個API。注意，必須使用 Python 3.7 或更高版本，早期的語法已經變了。
第一步，import 加載 asyncio 模塊。
import asyncio
第二步，函數前面加上 async 關鍵字，就變成了 async 函數。這種函數最大特點是執行可以暫停，交出執行權。
async def main():
第三步，在 async 函數內部的異步任務前面，加上await命令。
await asyncio.sleep(1)
上面代碼中，asyncio.sleep(1) 方法可以生成一個異步任務，休眠1秒鐘然後結束。
執行引擎遇到await命令，就會在異步任務開始執行之後，暫停當前 async 函數的執行，把執行權交給其他任務。等到異步任務結束，再把執行權交回 async 函數，繼續往下執行。
第四步，async.run() 方法加載 async 函數，啟動事件循環。
asyncio.run(main())
上面代碼中，asyncio.run() 在事件循環上監聽 async 函數main的執行。等到 main 執行完了，事件循環才會終止。
四、async 函數的示例
下面是 async 函數的例子，新建一個腳本async.py，代碼如下。
#!/usr/bin/env python3 # async.py import asyncio async def count(): print("One") await asyncio.sleep(1) print("Two") async def main(): await asyncio.gather(count(), count(), count()) asyncio.run(main())
上面腳本中，在 async 函數main的裡面，asyncio.gather() 方法將多個異步任務（三個 count()）包裝成一個新的異步任務，必須等到內部的多個異步任務都執行結束，這個新的異步任務才會結束。
腳本的運行結果如下。
$ python3 async.py One One One Two Two Two
上面運行結果的原因是，三個 count() 依次執行，打印完 One，就休眠1秒鐘，把執行權交給下一個 count()，所以先連續打印出三個 One。等到1秒鐘休眠結束，執行權重新交回第一個 count()，開始執行 await 命令下一行的語句，所以會接著打印出三個Two。腳本總的運行時間是1秒。
作為對比，下面是這個例子的同步版本 sync.py。
#!/usr/bin/env python3 # sync.py import time def count(): print("One") time.sleep(1) print("Two") def main(): for _ in range(3): count() main()
上面腳本的運行結果如下。
$ python3 sync.py One Two One Two One Two
上面運行結果的原因是，三個 count() 都是同步執行，必須等到前一個執行完，才能執行後一個。腳本總的運行時間是3秒。
五、實例：pyppeteer 模塊
最後是一個異步編程的真實例子：操作無頭瀏覽器。異步編程對代碼的簡化，在這個例子體現得淋漓盡致。
我們需要用到 pyppeteer 模塊，它是無頭瀏覽器 Puppeteer 的 Python 移植，API 跟 JavaScript 版本基本一致。下面是安裝命令。
$ python3 -m pip install pyppeteer
然後，寫一個網頁截圖腳本screenshot.py。
#!/usr/bin/env python3 # screenshot.py import asyncio from pyppeteer import launch async def main(): browser = await launch() page = await browser.newPage() await page.goto('http://example.com') await page.screenshot({'path': 'example.png'}) await browser.close() asyncio.run(main())
上面代碼中，啟動瀏覽器（launch）、打開新 Tab（newPage()）、訪問網址（page.goto()）、截圖（page.screenshot()）、關閉瀏覽器（browser.close()），這一系列操作都是異步任務，使用 await 命令寫起來非常自然簡單。
執行這個腳本，當前目錄下就會生成截圖文件 example.png。
$ python3 screenshot.py
如果腳本執行時報錯 No usable sandbox!，可以參考這裡。另外，第一次執行這個腳本，會下載安裝 Puppeteer，可能需要等待較長時間，但是此後的執行就會很快。
Pyppeteer 的官網還有其他實例，比如向網頁注入 JavaScript 代碼，大家可以自己試玩。
六、參考鏈接
- Async IO in Python: A Complete Walkthrough, Brad Solomon
（正文完）
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