【python】魔术方法大全（七）——协程篇

这期我们来聊聊和异步有关的魔术方法。

__await__魔术方法

__await__是一种特殊的魔术方法，用于定义异步迭代器的行为。当使用 await 语句对一个可迭代对象进行异步迭代时，会自动调用该对象的 __aiter__ 方法来获取一个异步迭代器对象，然后使用 __anext__ 方法从异步迭代器中取出下一个值，直到异步迭代器引发 StopAsyncIteration 异常为止。

异步迭代器对象应该实现 __aiter__ 和 __anext__ 两个魔术方法。但是，有些异步可迭代对象的实现可能不需要实现 __aiter__ 方法。在这种情况下，可以使用 __aiter__ 方法返回一个实现了 __anext__ 方法的异步迭代器对象。

下面是一个使用 __await__ 方法实现异步迭代器的示例代码：

import asyncio


class MyAsyncIterator:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.index = 0

    def __aiter__(self):
        return self

    async def __anext__(self):
        if self.index >= len(self.data):
            raise StopAsyncIteration
        value = self.data[self.index]
        self.index += 1
        await asyncio.sleep(1)  # 模拟异步操作
        return value


async def main():
    my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
    my_iterator = MyAsyncIterator(my_list)

    async for item in my_iterator:
        print(item)


asyncio.run(main())

输出结果为：

1
2
3
4
5

在上面的示例中，MyAsyncIterator 类实现了异步迭代器的两个方法：__aiter__ 和 __anext__。__aiter__ 方法返回 self 对象本身，而 __anext__ 方法使用 await 语句模拟异步操作，并返回迭代器的下一个值。

在 main 函数中，首先创建了一个包含 5 个整数的列表 my_list，然后用这个列表创建了一个异步迭代器对象 my_iterator。接着，使用 async for 循环对异步迭代器进行异步迭代，并使用 print 函数输出每个值。在异步循环过程中，使用 await asyncio.sleep(1) 模拟了一个异步操作。

__aiter__魔术方法

__aiter__是一个异步迭代器魔术方法，用于定义一个异步可迭代对象。

当一个对象定义了__aiter__方法，我们可以使用async for语法对其进行异步迭代。__aiter__方法需要返回一个异步迭代器对象，通常是自己本身。异步迭代器对象需要定义__anext__方法，这个方法类似于普通迭代器的__next__方法，不过它是一个异步方法，需要使用await关键字来执行异步操作。

下面是一个使用__aiter__方法的简单示例：

import asyncio


class AsyncCounter:
    def __init__(self, n):
        self.n = n
        self.current = 0

    def __aiter__(self):
        return self

    async def __anext__(self):
        if self.current >= self.n:
            raise StopAsyncIteration
        value = self.current
        self.current += 1
        return value


async def main():
    async for i in AsyncCounter(5):
        print(i)


asyncio.run(main())

输出结果为：

0
1
2
3
4

上面的代码定义了一个异步计数器对象AsyncCounter，它可以使用async for语法进行异步迭代。当我们使用async for语法对AsyncCounter对象进行异步迭代时，Python会自动调用AsyncCounter对象的__aiter__方法，获取一个异步迭代器对象。然后Python会不断调用这个异步迭代器对象的__anext__方法，获取下一个元素，直到遇到StopAsyncIteration异常为止。

在上面的示例中，我们使用async for语法对AsyncCounter(5)对象进行异步迭代，这会输出数字0到4。

__anext__魔术方法

__anext__ 是 Python 3.5 引入的一个协程迭代器魔术方法，它是异步迭代器的核心，用于异步遍历对象的元素。

在异步迭代器中，每次迭代操作都是一个协程，需要通过 await 关键字来等待其完成。在异步迭代器中，__anext__ 方法需要返回一个协程对象，该协程对象表示异步执行的迭代操作。

当异步迭代器完成了所有的元素遍历，需要抛出 StopAsyncIteration 异常来告诉调用者遍历结束。

下面是一个简单的示例，演示了如何实现一个异步迭代器：

import asyncio


class AsyncIterator:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.index = 0

    def __aiter__(self):
        return self

    async def __anext__(self):
        if self.index >= len(self.data):
            raise StopAsyncIteration
        value = self.data[self.index]
        self.index += 1
        await asyncio.sleep(1)  # 模拟异步操作
        return value


async def main():
    my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
    async for value in AsyncIterator(my_list):
        print(value)


asyncio.run(main())

输出结果为：

1
2
3
4
5

在上面的示例中，AsyncIterator 是一个异步迭代器，它包含了一个 __aiter__ 方法和一个 __anext__ 方法。__aiter__ 方法返回自身，表示异步迭代器本身就是异步迭代器。__anext__ 方法每次返回一个协程对象，表示异步遍历列表中的元素。在协程中使用 await asyncio.sleep(1) 模拟了异步操作。

在 main 函数中，我们使用异步迭代器遍历了一个列表，每次遍历操作都是一个协程对象，需要使用 await 等待其执行完成。

__aenter__魔术方法和__aexit__魔术方法

__aenter__ 和 __aexit__ 方法是异步上下文管理器协议中的魔术方法。与 __enter__ 和 __exit__ 类似，它们分别在异步上下文管理器进入和离开上下文时被调用。

异步上下文管理器协议与常规上下文管理器协议类似，但是为异步代码优化。在异步代码中，由于异步调度器的存在，可能会发生异步上下文的切换，因此在进入和退出上下文时需要异步执行特定的操作。

下面是 __aenter__ 和 __aexit__ 方法的定义：

class AsyncContextManager(abc.ABC):

    @abc.abstractmethod
    async def __aenter__(self):
        return self

    @abc.abstractmethod
    async def __aexit__(self, exc_type, exc, tb):
        pass

在异步上下文管理器类中，需要实现 __aenter__ 和 __aexit__ 方法。__aenter__ 方法返回一个对象，该对象将在 async with 语句中使用。__aexit__ 方法用于清理资源或处理异常。

下面是一个使用异步上下文管理器的示例：

import asyncio


class AsyncResourceManager:
    async def __aenter__(self):
        print("Enter resource management")
        return self

    async def __aexit__(self, exc_type, exc, tb):
        print("Exit resource management")


async def main():
    async with AsyncResourceManager() as rm:
        print("Inside resource management block")


asyncio.run(main())

上面的代码定义了一个 AsyncResourceManager 类，它实现了异步上下文管理器协议。在 main 函数中，使用 async with 语句来进入上下文管理器，执行一些操作，然后离开上下文管理器。 输出结果为：

Enter resource management
Inside resource management block
Exit resource management