python async with和async for的使用

网上async with和async for的中文资料比较少，我把PEP 492中的官方陈述翻译一下。

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:

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)
exc = True

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：

async with lock:
  ...

而不是:

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：

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：

async for row in Cursor():
  print(row)
which would be equivalent to the following code:

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：

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

和

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

自从 PEP 479 得到接受并成为协程 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')

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。