Asyncio 可等待对象（Awaitables）：Coroutines、Tasks 与 Futures

系统讲解 asyncio 中的三类可等待对象（协程、任务、Future），以及 asyncio.run 的入口流程和最佳实践

分类: basics 难度: 中级更新: 2024-01-16

asyncio awaitable coroutine task future

Asyncio 可等待对象（Awaitables）

在 asyncio 中，能够被 await 的对象统称为可等待对象（Awaitable），主要包括：

协程（Coroutine）：由 async def 定义的协程函数对象
任务（Task）：事件循环调度的最小单位，对协程的包装
Future：底层占位对象，代表一个将来可用的结果

本文将系统梳理三者的作用与关系，并介绍 asyncio.run 的入口流程与注意事项。

协程（Coroutine）

使用 async def 定义，调用后返回一个协程对象
协程对象本身不可直接执行，必须通过 await 或封装成 Task 交由事件循环调度
协程之间通过 await 挂起，形成协作式切换

示例：

import asyncio

async def fetch_data(x):
    # 模拟 IO 耗时
    await asyncio.sleep(1)
    return x * 2

async def main():
    # 直接 await 协程对象
    result = await fetch_data(10)
    print(result)

asyncio.run(main())

任务（Task）

通过 asyncio.create_task(coro) 或 loop.create_task(coro) 将协程包装成 Task
Task 会被事件循环调度执行，并在完成时持有结果或异常
适用于需要并发执行多个协程的场景

示例：

import asyncio

async def worker(n):
    await asyncio.sleep(1)
    return n

async def main():
    tasks = [asyncio.create_task(worker(i)) for i in range(5)]
    results = await asyncio.gather(*tasks)
    print(results)

asyncio.run(main())

注意：Task 一旦创建即开始执行，如需延迟创建，使用条件/时机控制。

Future 对象

Future 表示一个尚未完成的结果，占位符模式
在 asyncio 中，Task 继承自 Future，扩展了协程驱动能力
用户代码通常不直接创建 Future，更多在底层库/适配层使用

示例：

import asyncio

async def set_later(fut: asyncio.Future):
    await asyncio.sleep(1)
    fut.set_result("ok")

async def main():
    loop = asyncio.get_running_loop()
    fut = loop.create_future()
    loop.create_task(set_later(fut))
    result = await fut
    print(result)

asyncio.run(main())

asyncio.run 入口流程

asyncio.run(coro) 是运行顶层协程的便捷入口，大致流程：

创建并设置一个新的事件循环（EventLoop）
将顶层协程封装为 Task 并调度执行
运行事件循环直到 Task 完成，返回结果
正确关闭循环并清理资源（包括异步生成器等）

注意：不要在已运行的事件循环内调用 asyncio.run，例如在 Jupyter/GUI 环境中。

三者关系图谱

Coroutine：可等待的工作单元，描述需要做什么
Task：调度器中的执行实体，驱动 Coroutine 运行
Future：结果占位符，提供完成状态和回调机制

Task 继承自 Future，因此所有 Task 也是 Future；而协程需要被 Task 驱动才能并发调度。

最佳实践

顶层入口使用 asyncio.run，在已有事件循环内用 await main()
需要并发时使用 create_task 创建任务，与 gather/as_completed 组合
避免裸 await 长耗时协程阻塞其它任务，尽量通过任务并发
使用 Task.set_name 标注关键任务，便于调试
使用 shield 保护关键任务避免被取消