协程中的async-with和async-for

本文翻译自Python的开发者指南 PEP 492

异步上下文管理器`async with`

异步上下文管理器指的是在enter和exit方法处能够暂停执行的上下文管理器。

为了实现这样的功能，需要加入两个新的方法：__aenter__ 和__aexit__。这两个方法都要返回一个 awaitable类型的值。

异步上下文管理器的一种使用方法是:

class AsyncContextManager:
    async def __aenter__(self):
        await log('entering context')

    async def __aexit__(self, exc_type, exc, tb):
        await log('exiting context')

新语法

异步上下文管理器使用一种新的语法:

1 2	async with EXPR as VAR: BLOCK

这段代码在语义上等同于：

mgr = (EXPR)
aexit = type(mgr).__aexit__
aenter = type(mgr).__aenter__(mgr)

VAR = await aenter
try:
    BLOCK
except:
    if not await aexit(mgr, *sys.exc_info()):
        raise
else:
    await aexit(mgr, None, None, None)

和常规的with表达式一样，可以在一个async with表达式中指定多个上下文管理器。

如果向async with表达式传入的上下文管理器中没有__aenter__ 和__aexit__方法，这将引起一个错误。如果在async def函数外面使用async with，将引起一个SyntaxError（语法错误）。

例子

使用async with能够很容易地实现一个数据库事务管理器。

async def commit(session, data):
    ...

    async with session.transaction():
        ...
        await session.update(data)
        ...

需要使用锁的代码也很简单：

1 2	async with lock: ...

而不是：

1 2	with (yield from lock): ...

异步迭代器 `async for`

一个异步可迭代对象（asynchronous iterable）能够在迭代过程中调用异步代码，而异步迭代器就是能够在next方法中调用异步代码。为了支持异步迭代：

1、一个对象必须实现__aiter__方法，该方法返回一个异步迭代器（asynchronous iterator）对象。
2、一个异步迭代器对象必须实现__anext__方法，该方法返回一个awaitable类型的值。
3、为了停止迭代，__anext__必须抛出一个StopAsyncIteration异常。

异步迭代的一个例子如下:

class AsyncIterable:
    def __aiter__(self):
        return self

    async def __anext__(self):
        data = await self.fetch_data()
        if data:
            return data
        else:
            raise StopAsyncIteration

    async def fetch_data(self):
        ...

新语法

通过异步迭代器实现的一个新的迭代语法如下：

async for TARGET in ITER:
    BLOCK
else:
    BLOCK2

这在语义上等同于:

iter = (ITER)
iter = type(iter).__aiter__(iter)
running = True
while running:
    try:
        TARGET = await type(iter).__anext__(iter)
    except StopAsyncIteration:
        running = False
    else:
        BLOCK
else:
    BLOCK2

把一个没有__aiter__方法的迭代对象传递给 async for将引起TypeError。如果在async def函数外面使用async with，将引起一个SyntaxError（语法错误）。

和常规的for表达式一样， async for也有一个可选的else 分句。

例子1

使用异步迭代器能够在迭代过程中异步地缓存数据：

1 2	async for data in cursor: ...

这里的cursor是一个异步迭代器，能够从一个数据库中每经过N次迭代预取N行数据。

下面的语法展示了这种新的异步迭代协议的用法：

class Cursor:
    def __init__(self):
        self.buffer = collections.deque()

    async def _prefetch(self):
        ...

    def __aiter__(self):
        return self

    async def __anext__(self):
        if not self.buffer:
            self.buffer = await self._prefetch()
            if not self.buffer:
                raise StopAsyncIteration
        return self.buffer.popleft()

接下来这个Cursor 类可以这样使用：

1 2	async for row in Cursor(): print(row)

等同于下面的代码:

i = Cursor().__aiter__()
while True:
    try:
        row = await i.__anext__()
    except StopAsyncIteration:
        break
    else:
        print(row)

例子2

下面的代码可以将常规的迭代对象变成异步迭代对象。尽管这不是一个非常有用的东西，但这段代码说明了常规迭代器和异步迭代器之间的关系。

class AsyncIteratorWrapper:
    def __init__(self, obj):
        self._it = iter(obj)

    def __aiter__(self):
        return self

    async def __anext__(self):
        try:
            value = next(self._it)
        except StopIteration:
            raise StopAsyncIteration
        return value

async for letter in AsyncIteratorWrapper("abc"):
    print(letter)

为什么要抛出StopAsyncIteration?

协程（Coroutines）内部仍然是基于生成器的。因此在PEP 479之前，下面两种写法没有本质的区别：

1
2
3

def g1():
    yield from fut
    return 'spam'123

和

1
2
3

def g2():
    yield from fut
    raise StopIteration('spam')

自从 PEP 479 成为协程的默认实现，下面这个例子将StopIteration包装成一个RuntimeError。

async def a1():
    await fut
    raise StopIteration('spam')    
123

告知外围代码迭代已经结束的唯一方法就是抛出StopIteration。因此加入了一个新的异常类StopAsyncIteration。

由PEP 479的规定 , 所有协程中抛出的StopIteration异常都被包装在RuntimeError中。

异步上下文管理器async with

新语法

例子

异步迭代器 async for

新语法

例子1

例子2

为什么要抛出StopAsyncIteration?

异步上下文管理器`async with`

异步迭代器 `async for`