Python (Asyncio)의 비동기 프로그래밍이란 무엇입니까?

이 기사에서는 비동기 프로그래밍을위한 Python의 Asyncio 라이브러리를 설명합니다. Asyncio가 단일 스레드 내에서 동시성을 활성화하여 I/O 바운드 작업에 대한 동기 프로그램보다 성능을 향상시키는 방법에 대해 자세히 설명합니다. 일반적인 사용 사례 및 도전

Python (Asyncio)의 비동기 프로그래밍이란 무엇입니까?

특히 Python의 asyncio 라이브러리를 사용하는 비동기 프로그래밍은 단일 스레드가 여러 작업을 동시에 처리 할 수있는 패러다임입니다. 작업이 순차적으로 실행되는 동기식 프로그래밍과 달리 각 작업이 완료 될 때까지 스레드를 차단하면 비동기 프로그래밍을 사용하면 작업이 겹칠 수 있습니다. 이것은 특정 지점에서 일시 정지 및 재개 될 수있는 특수 기능인 코 루틴의 사용을 통해 달성됩니다. 코 루틴이 I/O 바운드 작업 (네트워크 요청 또는 파일 읽기와 같은)에 직면하면 이벤트 루프로 다시 제어하여 다른 코 루틴이 실행될 수 있습니다. I/O 작동이 완료되면 이벤트 루프가 일시 정지 된 코 루틴을 재개합니다. 단일 스레드의 효율적인 사용은 차단을 최소화하고 I/O 바운드 작업의 성능을 크게 향상시킵니다. asyncio 라이브러리는 이벤트 루프 및 이러한 코 루틴을 관리하고 예약하는 데 필요한 도구를 제공합니다. Asyncio가 여러 스레드를 생성하지 않는다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 단일 스레드 내에서 동시성을 관리하여 가볍고 효율적입니다.

Asyncio는 Python의 동기식 프로그래밍에 비해 성능을 어떻게 향상 시키는가?

asyncio 를 사용한 비동기 프로그래밍은 동기식 프로그래밍과 비교하여 특히 I/O 바운드 응용 프로그램의 성능을 크게 향상시킵니다. 동기식 프로그래밍에서 각 I/O 작업은 완료 될 때까지 스레드를 차단합니다. 예를 들어 여러 네트워크 요청이있는 경우 각 요청이 시작되기 전에 이전 요청이 완료되기를 기다립니다. 이것은 대기하는 동안 상당한 지연과 CPU 시간을 낭비하게됩니다.

반면에 asyncio 는 겹치는 I/O 작업을 허용합니다. 하나의 코 루틴이 네트워크 응답을 기다리는 동안 이벤트 루프는 다른 코 루틴으로 전환하여 작업을 실행할 수 있습니다. 이 동시성은 유휴 시간을 크게 줄이고 응용 프로그램이 많은 I/O 바운드 작업을 동시에 처리 할 수 ​​있도록하여 훨씬 더 반응적이고 효율적입니다. 동기식 접근 방식의 대기 시간이 전체 실행 시간을 지배하는 수많은 느린 I/O 작업을 처리 할 때 개선이 특히 눈에 띄게됩니다. 그러나 asyncio CPU 결합 작업 (계산이 많은 작업)에 대해 상당한 속도를 제공하지 않는다는 점에 유의해야합니다. 이를 위해 멀티 프로세싱이 더 나은 접근법입니다.

파이썬 응용 프로그램에서 Asyncio의 일반적인 사용 사례는 무엇입니까?

asyncio 는 특히 수많은 동시 I/O 운영과 관련된 응용 분야에 적합합니다. 일부 일반적인 사용 사례는 다음과 같습니다.

• 네트워크 프로그래밍 : 여러 동시 클라이언트 연결 처리 (예 : 웹 서버 구축, 채팅 응용 프로그램 또는 게임 서버). asyncio 사용하면 단일 서버가 각각의 스레드를 작성하지 않고 수천 개의 동시 연결을 효율적으로 관리 할 수 ​​있습니다.
• 웹 스크래핑 : 여러 웹 사이트에서 데이터를 동시에 가져 오기. asyncio 많은 페이지에서 데이터를 긁어내는 데 걸리는 시간을 크게 줄일 수 있습니다.
• 데이터 처리 : 여러 소스의 데이터를 읽고 처리하고 동시에 (예 : 여러 파일 또는 데이터베이스의 읽기).
• 파일 I/O : 여러 파일 읽기/쓰기 작업 수행 동시에 작업을 읽습니다.
• 마이크로 서비스 통신 : 기본 스레드를 차단하지 않고 다른 서비스와 비동기 적으로 통신합니다.
• 로봇 공학 : 여러 센서 및 액추에이터를 실시간으로 조정합니다.
• 실시간 응용 프로그램 : 다양한 소스의 이벤트 및 데이터 스트림 처리 동시에.

Python에서 Asyncio와 함께 작업 할 때 어려움과 고려 사항은 무엇입니까?

asyncio 상당한 성능 이점을 제공하지만 특정 과제도 제공합니다.

• 복잡성 : 비동기 프로그래밍은 동기식 프로그래밍보다 더 복잡 할 수 있으며, 다른 사고 방식과 신중한 디자인이 필요합니다. 비동기 코드 디버깅도 더 어려울 수 있습니다.
• 오류 처리 : 비동기 코드의 처리 예외는 신중한 고려가 필요합니다. 한 코 루틴의 예외는 즉시 기본 스레드로 전파되지 않으므로 적절한 예외 처리 메커니즘이 필요합니다.
• 교착 상태 : asyncio 의 부적절한 사용은 교착 상태로 이어질 수 있으며, 두 개 이상의 코 루틴이 무기한으로 차단되어 서로를 기다립니다. 이를 피하려면 asyncio 의 메커니즘에 대한 신중한 설계와 이해가 중요합니다.
• 디버깅 : 비선형 실행 흐름으로 인해 동기 코드를 디버깅하는 것보다 비동기 코드를 디버깅하는 것이 더 어려울 수 있습니다. 특수 디버깅 도구 및 기술이 필요할 수 있습니다.
• 학습 곡선 : asyncio 마스터 링하려면 코 루틴, 비동기/대기 구문 및 이벤트 루프와 같은 개념을 이해해야합니다. 동기 프로그래밍에 익숙한 프로그래머에게 가파른 학습 곡선이있을 수 있습니다.
• CPU 결합 작업에 적합하지 않음 : asyncio I/O 바운드 작업에 최적화됩니다. 병목 현상이 계산되는 CPU 결합 작업의 성능을 향상시키지 않고 I/O를 기다리지 않습니다. CPU 결합 작업의 경우 멀티 프로세싱이 더 나은 솔루션입니다.

이러한 과제에도 불구하고, asyncio 의 성능 이점은 종종 I/O 바운드 인 응용 분야의 추가 복잡성을 능가합니다. 신중한 계획, 개념을 잘 이해하고 모범 사례 준수는 파이썬 응용 프로그램에서 asyncio 성공적으로 사용하는 데 중요합니다.

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