在IO操作的過程中，當前線程被掛起，而其他需要CPU執行的代碼就無法被當前線程執行了。
我們可以使用多線程或者多進程來並發執行代碼，為多個用戶服務。
但是，一旦線程數量過多，CPU的時間就花在線程切換上了，真正運行代碼的時間就少了，結果導致性能嚴重下降。
異步IO：當代碼需要執行一個耗時的IO操作時，它只發出IO指令，並不等待IO結果，然後就去執行其他代碼了。一段時間後，當IO返回結果時，再通知CPU進行處理。
對於大多數IO密集型的應用程序，使用異步IO將大大提升系統的多任務處理能力。

1. 異步IO

1.1 協程

協程，又稱微線程，纖程。英文名Coroutine。
子程序（函數）調用是通過棧實現的，一個線程就是執行一個子程序。

def consumer():
    r = ''
    while True:
        n = yield r
        if not n:
            return
        print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)
        r = '200 OK'

def produce(c):
    c.send(None)
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
        r = c.send(n)
        print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)
    c.close()

c = consumer()
produce(c)
 

[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
 

1.2 asyncio

asyncio的編程模型是一個消息循環。我們從asyncio模塊中直接獲取一個EventLoop的引用，然後把需要執行的協程扔到EventLoop中執行，就實現了異步IO。

import asyncio

@asyncio.coroutine
def hello():
    print("Hello world!")
    # 異步調用asyncio.sleep(1):
    r = yield from asyncio.sleep(1)
    print("Hello again!")

# 獲取EventLoop:
loop = asyncio.get_event_loop()
# 執行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

@asyncio.coroutine把一個生成器標記為協程類型，然後，我們就把這個協程扔到EventLoop中執行。

import threading
import asyncio

@asyncio.coroutine
def hello():
    print('Hello world! (%s)' % threading.currentThread())
    yield from asyncio.sleep(1)
    print('Hello again! (%s)' % threading.currentThread())

loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [hello(), hello()] # 封裝兩個協程
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()

# Hello world! (<_MainThread(MainThread, started 9700)>)
# Hello world! (<_MainThread(MainThread, started 9700)>)
# Hello again! (<_MainThread(MainThread, started 9700)>)
# Hello again! (<_MainThread(MainThread, started 9700)>)

1.3 async/await

import asyncio

async def hello():
    print("Hello world!")
    r = await asyncio.sleep(1)
    print("Hello again!")
    
    
# 獲取EventLoop:
loop = asyncio.get_event_loop()
# 執行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

1.4 aiohttp

import asyncio

from aiohttp import web

async def index(request):
    await asyncio.sleep(0.5)
    return web.Response(body='<h1>Index</h1>'.encode('utf-8'), content_type='text/html')

async def hello(request):
    await asyncio.sleep(0.5)
    text = '<h1>hello, %s!</h1>' % request.match_info['name']
    return web.Response(body=text.encode('utf-8'), content_type='text/html')

async def init(loop):
    app = web.Application(loop=loop)
    app.router.add_route('GET', '/', index)
    app.router.add_route('GET', '/hello/{name}', hello)
    srv = await loop.create_server(app.make_handler(), '127.0.0.1', 8000)
    print('Server started at http://127.0.0.1:8000...')
    return srv

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(init(loop))
loop.run_forever()

參考資料：

• Python教程 - 廖雪峰的官方網站

Python異步IO