代码收藏家技术教程 2025-01-30

程序代码篇—python回调函数&异步编程

文章目录

前言

第一部分：Python的回调函数

1.基本概念

2.如何实现

定义回调函数：

定义主函数：

例子

3.回调函数的应用场景

事件处理

异步编程

库和框架

注意事项

调用时机

错误处理

闭包

第二部分：async和await关键字

1.异步编程的概念

2.async

定义

用法

特性

3.await

定义

用法

特性

4.异步编程的例子

5.注意事项

总结

前言

以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了Python中的回调函数以及异步编程。

第一部分：Python的回调函数

在Python中，回调函数是一种编程范式，它允许我们将一个函数作为参数传递给另一个函数。这个作为参数传递的函数（即回调函数）可以在另一个函数执行到某个点时被调用。回调函数在事件驱动编程、异步编程和某些库和框架中非常常见。

以下是关于回调函数的详细解释：

1.基本概念

定义：回调函数是一个你定义的函数，但不是由你来调用。你将这个函数作为参数传递给另一个函数，这个另一个函数在适当的时候会调用你的函数。
目的：回调函数允许代码的模块化和解耦，使得我们可以编写更灵活和可重用的代码。

2.如何实现

定义回调函数：

这只是一个普通的函数，可以接受任意数量的参数。

def my_callback_function(param):
    print(f"Callback function called with {param}")

定义主函数：

主函数接受一个函数作为参数，这个参数就是回调函数。

def main_function(callback):
    # 做一些操作
    # ...
    # 调用回调函数
    callback("some data")

调用主函数，传递回调：
当调用main_function时，我们将my_callback_function作为参数传递。

main_function(my_callback_function)

例子

下面是一个完整的例子，演示了如何使用回调函数：

def print_hello(name):
    print(f"Hello, {name}")

def greeter(callback, name):
    callback(name)

使用print_hello作为回调函数

greeter(print_hello, "Alice")

运行这段代码，输出将是：

Hello, Alice

3.回调函数的应用场景

事件处理

事件处理：在**图形用户界面（GUI）**编程中，当用户执行某些操作（如点击按钮）时，可以注册一个回调函数来响应事件。

异步编程

异步编程：在执行异步操作（如网络请求、文件I/O）时，可以提供一个回调函数，以便在操作完成时执行。

库和框架

库和框架：许多库和框架允许你传入回调函数来自定义其行为，例如排序函数、过滤函数等。

注意事项

调用时机

调用时机：回调函数可能在任何时候被调用，这取决于主函数的实现。

错误处理

错误处理：回调函数中的错误可能会影响主函数的执行，因此需要妥善处理。

闭包

闭包：如果回调函数在定义它的作用域之外被调用，它可能形成一个闭包，能够访问定义时的作用域中的变量。
通过使用回调函数，Python程序员可以编写更加灵活和可扩展的代码。不过，也需要注意回调地狱（callback hell）的问题，即当回调函数嵌套太多层时，代码会变得难以理解和维护。为了解决这个问题，可以使用异步编程的async和await关键字，或者使用Promise等模式。

第二部分：async和await关键字

1.异步编程的概念

异步编程是一种编程范式，允许程序在等待某些操作（如I/O操作、网络请求等）完成时继续执行其他任务。这与传统的同步编程相反，在同步编程中，程序在等待一个操作完成时会阻塞，直到该操作完成。

2.async

定义

定义：async是一个用于定义异步函数的关键字。异步函数与普通函数不同，它们在执行时可以暂停并在适当的时候恢复执行。

用法

用法：将async关键字放在函数定义的前面，如下所示：

async def my_async_function():

特性

特性：异步函数在调用时不会立即执行，而是返回一个协程对象（coroutine object）。协程对象需要通过事件循环（event loop）来调度执行。

3.await

定义

定义：await关键字用于等待一个协程完成。它只能在异步函数内部使用。

用法

用法：在异步函数内部，使用await关键字调用另一个异步函数：

async def another_async_function():

await some_async_operation()

特性

特性：当await被调用时，它会暂停当前协程的执行，直到被等待的协程完成。在此期间，事件循环可以运行其他协程。

4.异步编程的例子

以下是一个使用async和await的简单例子：

import asyncio

async def say_after(delay, what):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(what)

async def main():
    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    await say_after(1, 'hello')
    await say_after(2, 'world')

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")

asyncio.run(main())

在这个例子中：

say_after是一个异步函数，它等待指定的延迟时间后打印一条消息。
main也是一个异步函数，它调用say_after两次，每次等待不同的时间。
asyncio.run(main())是启动事件循环并运行main协程的方法。
顺序执行但非阻塞：虽然say_after函数是顺序调用的，但它们是异步执行的。这意味着在等待say_after(1, ‘hello’)完成时，程序不会阻塞，而是可以继续执行其他操作（如果有）。在这个例子中，由于没有其他操作，所以实际上它是顺序执行的。
并发潜力：如果有其他异步任务需要执行，它们可以在等待say_after函数完成时并发执行。例如，如果有另一个异步函数do_something_else，你可以在await say_after(1, ‘hello’)之后立即调用它，而不需要等待’hello’打印完成。
资源效率：异步编程允许单线程程序在等待I/O操作（如asyncio.sleep模拟的）完成时执行其他任务。这比使用多线程来处理并发I/O操作要高效得多，因为多线程会增加上下文切换的开销。

import asyncio
import time

async def say_after(delay, what):
    await asyncio.sleep(delay)
    print(what)

async def main():
    print(f"started at {time.strftime('%X')}")

    # 创建两个协程
    task1 = asyncio.create_task(say_after(1, 'hello'))
    task2 = asyncio.create_task(say_after(2, 'world'))

    # 不等待每个协程单独完成，而是并发地运行它们
    # 这里的await不会阻塞其他协程的执行
    await task1
    await task2

    print(f"finished at {time.strftime('%X')}")

asyncio.run(main())

在这个修改后的版本中，我们使用了asyncio.create_task()来创建两个任务，这两个任务会并发执行。这里的关键是，await关键字现在用于等待两个任务的同时完成，而不是分别等待每个say_after函数。由于这两个任务是并发执行的，所以整体程序的执行时间将接近于最长的单个任务执行时间（在这个例子中是2秒），而不是各个任务执行时间的总和（原来的3秒）。

5.注意事项

只能在异步函数中使用await：await关键字只能在async def定义的异步函数中使用。
事件循环：异步函数需要事件循环来运行。asyncio.run()是一个便捷的方法来运行最高层级的异步函数。
并发与并行：asyncio提供的是并发而不是并行。虽然多个协程可以并发执行，但它们实际上是在单个线程中通过事件循环进行调度。
性能考虑：异步编程可以提高I/O密集型应用程序的性能，但对于CPU密集型任务，过多的协程可能会导致性能下降。
通过使用async和await，Python程序员可以编写更加清晰和易于维护的异步代码，这对于网络应用、数据库操作和其他需要等待外部资源的场景非常有用。