asyncio：Pythonでの非同期プログラミング

asyncioは、Pythonで非同期I/Oを実現するためのライブラリで、複数のタスクを効率的に処理することができます。非同期プログラミングは、ネットワーク通信やファイル操作など、時間のかかるI/O操作を行う際に特に有用です。asyncioの基本的な使い方と具体的な例を紹介します。

asyncioの基本概念

イベントループ

asyncioの中心的なコンポーネントであり、非同期タスクのスケジューリングと実行を管理します。

コルーチン

async defで定義される関数で、awaitキーワードを使って他のコルーチンや非同期操作を待機します。

タスク

イベントループで実行されるコルーチンの実行単位です。

Future

非同期操作の結果を表すオブジェクトで、操作が完了するまで待機することができます。

    asyncioの基本構文

    import asyncio

async def main():
    print("Hello")
    await asyncio.sleep(1)
    print("World")

# イベントループを取得して実行
asyncio.run(main())

    この基本構文では、mainというコルーチンが定義され、asyncio.runを使って実行されます。await asyncio.sleep(1)で1秒間待機します。

    例題1: 非同期タスクの実行

    複数の非同期タスクを同時に実行する方法を示します。

    import asyncio

async def task1():
    print("Task 1: Start")
    await asyncio.sleep(2)
    print("Task 1: End")

async def task2():
    print("Task 2: Start")
    await asyncio.sleep(1)
    print("Task 2: End")

async def main():
    # 複数のタスクを同時に実行
    await asyncio.gather(task1(), task2())

# イベントループを取得して実行
asyncio.run(main())

    この例では、task1とtask2という2つの非同期タスクが同時に実行されます。task1は2秒間待機し、task2は1秒間待機します。

    例題2: 非同期I/O操作

    ファイルの非同期読み書きを行う方法を示します。

    import asyncio
import aiofiles

async def write_file(filename, content):
    async with aiofiles.open(filename, 'w') as f:
        await f.write(content)
        print(f"Written to {filename}")

async def read_file(filename):
    async with aiofiles.open(filename, 'r') as f:
        content = await f.read()
        print(f"Read from {filename}: {content}")

async def main():
    filename = 'example.txt'
    content = 'Hello, asyncio!'
    
    await write_file(filename, content)
    await read_file(filename)

# イベントループを取得して実行
asyncio.run(main())

    この例では、aiofilesを使用してファイルの非同期読み書きを行います。write_fileコルーチンでファイルに書き込み、read_fileコルーチンでファイルを読み込みます。

    例題3: 非同期ネットワーク通信

    非同期でHTTPリクエストを送信する方法を示します。

    import asyncio
import aiohttp

async def fetch(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
            content = await response.text()
            print(f"Read {len(content)} characters from {url}")

async def main():
    urls = [
        'https://www.example.com',
        'https://www.python.org',
        'https://www.github.com'
    ]
    
    # 複数のURLに対して非同期リクエストを送信
    tasks = [fetch(url) for url in urls]
    await asyncio.gather(*tasks)

# イベントループを取得して実行
asyncio.run(main())

    この例では、aiohttpを使用して非同期でHTTPリクエストを送信し、複数のURLからコンテンツを取得します。

    例題4: タスクのキャンセル

    非同期タスクを途中でキャンセルする方法を示します。

    import asyncio

async def long_running_task():
    print("Task started")
    try:
        await asyncio.sleep(10)
    except asyncio.CancelledError:
        print("Task cancelled")
        raise
    print("Task completed")

async def main():
    task = asyncio.create_task(long_running_task())
    
    # 1秒待機してタスクをキャンセル
    await asyncio.sleep(1)
    task.cancel()
    
    try:
        await task
    except asyncio.CancelledError:
        print("Main: Task was cancelled")

# イベントループを取得して実行
asyncio.run(main())

    この例では、long_running_taskというタスクを実行し、1秒後にそのタスクをキャンセルします。

    結論

    asyncioは、Pythonで非同期プログラミングを実現するための強力なライブラリです。asyncioを使用することで、I/O操作やネットワーク通信の効率が大幅に向上し、システムのパフォーマンスとスケーラビリティが改善されます。基本的な非同期タスクの実行からファイルの非同期読み書き、ネットワーク通信、タスクのキャンセルまで、asyncioの理解と適用は、Pythonプログラミングにおいて非常に有用です。

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