البرمجة غير المتزامنة مع asyncio: الكوروتينات، await، gather

افهم التزامن التعاوني في asyncio: الكوروتينات الكسولة، ونقاط التعليق، وgather، وTaskGroup، وفخاخ الاستدعاءات الحاجبة.

10 دقيقة · 3 أسئلة

تُطبّق asyncio التزامنًا تعاونيًا على خيط واحد: إذ تنظّم حلقة أحداث الكوروتينات (coroutines) التي تتخلّى طوعًا عن التحكم عند كل await. ونقطة جوهرية كثيرًا ما يُساء فهمها: استدعاء دالة async def لا ينفّذ شيئًا. فهو يبني كائن كوروتين خاملًا لا يتقدّم جسمه إلا عندما يُنتظَر بـ await أو يُجدوَل كمهمة على الحلقة.

import asyncio

async def greet() -> str:
    return "hello"

coro = greet()
print(type(coro).__name__)

async def main() -> None:
    print(await coro)

asyncio.run(main())

تشير await إلى نقطة تعليق: يتجمّد الكوروتين عندها، وتستعيد الحلقة التحكم فتُقدّم مهمة أخرى جاهزة. وبين كل await والتالية، يعمل كودك دون انقطاع - فلا حاجة إلى أقفال لمعظم البنى. ولإطلاق عدة كوروتينات على التوازي (بمعنى الإدخال/الإخراج)، لُفّها في asyncio.gather: فثلاث انتظارات مدة كل منها ثانية تنتهي في ثانية واحدة إجمالًا، لا في ثلاث.

import asyncio
import time

async def fetch(name: str, delay: float) -> str:
    await asyncio.sleep(delay)
    return f"{name} done"

async def main() -> None:
    start = time.perf_counter()
    results = await asyncio.gather(
        fetch("a", 1.0),
        fetch("b", 1.0),
        fetch("c", 1.0),
    )
    elapsed = time.perf_counter() - start
    print(results)
    print(f"total: {elapsed:.1f} s")

asyncio.run(main())

افتراضيًا، تنشر gather أول استثناء يُطلَق، لكنها تترك المهام الأخرى تواصل العمل في الخلفية - وهذا نادرًا ما تريده. ومع return_exceptions=True، تُرجَع الاستثناءات كنتائج، لتفرزها بعد ذلك. ومنذ Python 3.11، فضّل asyncio.TaskGroup: فعند أول خطأ، تُلغى كل المهام الشقيقة بشكل نظيف، وتصعد الاستثناءات المتعددة مجمَّعة في ExceptionGroup، لتلتقطها بـ except*.

import asyncio
import time

def blocking_io() -> str:
    time.sleep(1)
    return "report written"

async def main() -> None:
    results = await asyncio.gather(
        asyncio.to_thread(blocking_io),
        asyncio.sleep(1, result="tick"),
    )
    print(results)

asyncio.run(main())

اختبار المعرفة

تأكّد من أنك تذكّرت النقاط الأساسية في هذا الدرس.

1. ماذا يُنتِج الاستدعاء fetch('a', 1.0) مكتوبًا وحده، دون await ولا create_task؟
   • كائن كوروتين خامل: فلا يُنفَّذ سطر واحد من جسم الدالة
   • التنفيذ الفوري والمتزامن للكوروتين
   • مهمة مُجدوَلة تلقائيًا على حلقة الأحداث
   • خطأ SyntaxError، لأن await إلزامية
2. ثلاثة استدعاءات لـ asyncio.sleep(1) أُطلقت معًا عبر asyncio.gather: ما المدة الإجمالية؟
   • نحو 3 ثوانٍ، ما دام خيط واحد ينفّذ الكود
   • من المستحيل التنبؤ بها دون معرفة عدد الأنوية
   • نحو ثانية واحدة: تتداخل الانتظارات، وتنتقل الحلقة من مهمة إلى أخرى
3. لماذا يُمنع استخدام time.sleep(2) داخل كوروتين؟
   • لأنها تُطلق استثناءً في سياق غير متزامن
   • لأنها تحجب خيط حلقة الأحداث: فلا تتقدّم أيّ مهمة أخرى طوال ثانيتين
   • لأنها ببساطة أقل دقة من asyncio.sleep
   • لأنها تستهلك ضِعف الذاكرة