Python的异步把我坑惨了,原来async/await和多线程的区别这么大
一个让我怀疑人生的爬虫项目
前年接了一个数据采集项目。每天要爬一万多个商品页面的价格和库存信息,每个页面请求大概等1秒钟。
我心想:“一万个请求,每个一秒,也就两个多小时嘛,跑着呗。”
结果跑起来发现根本不是这么回事。同步请求一个接一个,加上网络波动和重试,跑完一轮要四个多小时。客户那边每天等着数据更新,四个多小时黄花菜都凉了。
我说:“上多线程!”
开了50个线程并发请求,速度确实快了,跑完一轮大概十几分钟。但新问题来了——线程开太多,服务器连接数爆了,被目标网站封了IP。降低到20个线程,速度又慢回去了。
同事看了一眼我的代码:“你这个场景,用异步啊。”
我:“异步?async/await那套?跟多线程有什么区别?”
那天下午,我把async/await和多线程的区别彻底研究了一遍。今天把这些东西讲清楚,希望你下次遇到类似问题别像我一样纠结。
第一步:先搞清楚并发到底在解决什么问题
不管是多线程还是异步,解决的都是同一个问题:别让程序傻等着。
看一段最朴素的同步代码:
import time import requests def fetch(url): print(f"开始请求 {url}") response = requests.get(url) # 这里傻等着 print(f"完成请求 {url}") return response start = time.time() fetch("网站A") fetch("网站B") fetch("网站C") print(f"总耗时: {time.time() - start}")三个请求,每个等1秒,总共3秒。
问题出在哪?requests.get(url)这行代码执行的时候,程序啥事也没干,就在那儿干等着网络返回数据。CPU其实是空闲的,但同步代码不允许它去做别的事——没执行完当前函数,绝不跳到下一行。
并发要解决的就是这个“等待浪费”。当一个操作需要等待时,让程序暂时离开,去做别的事,等那个操作准备好了再回来继续。
第二步:多线程——增加人手
多线程的思路很直接:既然一个人等的时候干不了活,那就多招几个人。
每个线程就像一个独立的员工。员工A在等网络响应的时候,员工B可以继续发请求,员工C可以继续发请求。这样CPU就不会闲着了。
import threading import requests def fetch(url): response = requests.get(url) print(f"完成 {url}") urls = ["网站A", "网站B", "网站C"] threads = [] for url in urls: t = threading.Thread(target=fetch, args=(url,)) t.start() threads.append(t) for t in threads: t.join()三个线程同时干活,总耗时约1秒。
但多线程有个代价:线程切换由操作系统控制。操作系统会时不时打断当前线程,切换到另一个线程。这种切换叫做“抢占式”——你控制不了什么时候切、切给谁。
就像开一个多窗口的银行,每个窗口一个柜员。如果某个客户填表填得慢,那个窗口就得等着,但其他窗口还能继续服务别人。问题是柜员数量有限,招太多人成本也高——线程太多,操作系统切换开销大,还可能把服务器资源耗尽。
第三步:异步——一个超级柜员
异步的思路完全不同:不增加人手,而是让一个人变得更高效。
import asyncio import aiohttp async def fetch(session, url): print(f"开始请求 {url}") async with session.get(url) as response: data = await response.text() # 主动让出控制权 print(f"完成请求 {url}") return data async def main(): async with aiohttp.ClientSession() as session: tasks = [ fetch(session, "网站A"), fetch(session, "网站B"), fetch(session, "网站C"), ] await asyncio.gather(*tasks) asyncio.run(main())异步的核心是一个叫做“事件循环”的东西。你可以把它理解成一个超级调度员,管理着所有待执行的任务。
当一个异步任务遇到需要等待的操作时(比如网络请求),它不会傻等,而是主动告诉事件循环:“我要等一会儿,你先去忙别的,好了叫我”。事件循环收到消息后,立刻切换到下一个可以执行的任务。
等网络数据回来了,事件循环再把之前暂停的任务唤醒,继续执行。
用银行的比喻:异步就像一个超级王牌柜员,只开一个窗口。客户A来办业务,发现需要回去拿身份证。这个柜员不会傻等,而是立刻跟客户A说:“你先去拿,拿好了再回来,我先给下一个人办。”然后马上开始处理客户B的业务。
等客户A拿着身份证回来了,柜员再找个空隙把剩下的业务办完。这个柜员从来没有闲着,通过在任务的等待时间里来回切换,一个人就搞定了多个客户的活儿。
关键区别在于:多线程是操作系统帮你切换(抢占式),你控制不了;异步是任务自己主动让出控制权(协作式),你自己说了算。
第四步:到底有什么区别?
说了这么多,用一张表总结一下:
| 维度 | 多线程 | async/await |
|---|---|---|
| 调度者 | 操作系统(抢占式) | 事件循环(协作式) |
| 资源消耗 | 每个线程约1-8MB内存 | 每个任务几乎不占额外内存 |
| 并发上限 | 几十到几百个线程 | 几千甚至上万个任务 |
| 切换开销 | 操作系统上下文切换,较重 | 函数调用级别,很轻 |
| 适用场景 | I/O密集型,少量并发 | I/O密集型,海量并发 |
| CPU密集型 | 受GIL限制,基本没用 | 没用(单线程) |
| 学习曲线 | 相对平缓 | 相对陡峭,需要理解事件循环 |
用我那个爬虫项目来实测:同步版本4个多小时,20线程版本约20分钟但容易被封,异步版本用aiohttp跑一万个请求,不到10分钟跑完,而且单线程连接数可控,不容易被封。
有实测数据显示,在4核8G服务器上,aiohttp可以维持3000+并发连接,而传统的同步方式超过500连接就会出现性能断崖式下跌。异步爬虫比同步快10到100倍。
第五步:还有一些坑
异步虽然强大,但坑也不少。我踩过的几个分享给你。
坑一:逐个await等于没用异步
这是最常见也最隐蔽的错误。
# 错误写法——还是串行 async def main(): await fetch("网站A") # 等A完成 await fetch("网站B") # 再等B完成 await fetch("网站C") # 再等C完成这样写跟同步没区别,总耗时还是3秒。正确做法是用asyncio.gather()并发执行:
# 正确写法——真正并发 async def main(): await asyncio.gather( fetch("网站A"), fetch("网站B"), fetch("网站C"), )坑二:在异步里调用同步阻塞函数
事件循环是单线程的。如果你在协程里调用了time.sleep()或者同步的requests.get(),整个事件循环都会被卡住。
async def bad_example(): time.sleep(5) # 卡死整个事件循环5秒! # 应该用 await asyncio.sleep(5)如果是必须用的同步库,可以用asyncio.to_thread()把它丢到线程池里执行。
坑三:忘了await
async def main(): fetch("网站A") # 忘了await!这行什么都没干 await fetch("网站B")不写await,协程根本不会执行。Python 3.11+会给出警告,但最好还是养成习惯——写了async def,调用的时候一定加await。
总结
一句话记住区别:多线程是操作系统帮你切换任务,异步是你自己主动让出控制权。
用餐厅来总结:
多线程:招了10个厨师,每个厨师负责一道菜。等菜的时候厨师闲着,但其他厨师还在忙
异步:只有1个超级厨师,但他从来不等——菜在锅里炖的时候,他立刻去切下一道菜的食材
现在我遇到并发需求,会先问自己两个问题:
任务是等(I/O)还是算(CPU)?等的话才考虑并发
并发量多大?几十个用多线程,几百上千个用异步
想清楚再动手,少让程序卡住几次。