Python异步在非阻塞子进程中运行命令的方法是什么

1. Python异步介绍

Python异步是指在单个线程内同时处理多个I/O操作的一种编程方式，它能够提高程序的并发性和性能。常见的Python异步编程方式有：协程、async/await关键字和第三方库Tornado、Twisted、asyncio等。其中，asyncio库是Python官方作为异步编程的推荐库。

asyncio库是Python的标准库之一，它提供了对异步I/O事件循环的支持，可以替代Python的select、poll、epoll等低层次模块，使得写异步代码更加简单方便。

import asyncio
async def main():
    print('Hello')
    await asyncio.sleep(1)
    print('World')
asyncio.run(main())

2. 非阻塞子进程介绍

在Python中，可以使用subprocess模块来启动子进程并执行外部命令。subprocess模块提供了两种启动子进程的方式：同步执行和异步执行。

同步执行是指主程序会在执行子进程的命令时被阻塞停止直到子进程完成才会继续执行，而异步执行则是指主程序在启动子进程后就继续执行自己的代码，不等待子进程的命令完成。

如果我们需要在子进程中运行耗时的命令，可以使用异步执行来避免主程序被阻塞。

3. Python异步在非阻塞子进程中运行命令的方法

在Python异步编程中，可以使用asyncio.create_subprocess_exec()函数来创建异步进程。

asyncio.create_subprocess_exec()函数可以在子进程中非阻塞地执行命令，并且能够将子进程的标准输出和标准错误重定向到主进程中。

3.1 异步执行命令

下面是一个简单的示例，我们调用asyncio.create_subprocess_exec()函数异步执行echo命令。

import asyncio
async def run_command(cmd):
    process = await asyncio.create_subprocess_exec(
        *cmd,
        stdout=asyncio.subprocess.PIPE,
        stderr=asyncio.subprocess.PIPE,
    )
    stdout, stderr = await process.communicate()
    return (stdout.decode().strip(), stderr.decode().strip())
async def main():
    command = ['echo', 'hello world']
    stdout, stderr = await run_command(command)
    print(f'stdout: {stdout}')
    print(f'stderr: {stderr}')
asyncio.run(main())

在上面的代码中，我们定义了函数run_command()来异步执行命令，该函数接受一个命令列表作为参数，并返回该命令的标准输出和标准错误。

在create_subprocess_exec()函数中，我们使用了*cmd将命令列表拆分成单独的参数，同时将子进程的标准输出和标准错误重定向到asyncio.subprocess.PIPE。这样可以在子进程执行命令时获取他们的输出。

3.2 非阻塞执行命令

接下来，我们将在异步进程中使用非阻塞方式运行命令，并且在命令执行期间打印正在执行的消息。

为了实现这一点，我们可以在运行异步进程的同时使用asyncio.wait_for()函数监视进程并跟踪其状态。

下面是一个示例，它调用asyncio.create_subprocess_exec()函数并在子进程中运行耗时的命令。

import asyncio
async def run_command(cmd, timeout):
    # 创建子进程并在子进程中执行命令
    process = await asyncio.create_subprocess_exec(
        *cmd,
        stdout=asyncio.subprocess.PIPE,
        stderr=asyncio.subprocess.PIPE,
    )
    # 跟踪子进程的状态，获取输出
    outputs = []
    try:
        while True:
            stdout, stderr = await asyncio.wait_for(process.communicate(), timeout)
            if not stdout and not stderr:
                break
            if stdout:
                outputs.append(stdout)
                print(f'Command output: {stdout.decode().strip()}')
            if stderr:
                outputs.append(stderr)
                print(f'Command error: {stderr.decode().strip()}')
    except asyncio.TimeoutError:
        process.kill()
        raise Exception('Command timed out')
    
    return b''.join(outputs)
async def main():
    command = ['sleep', '3']
    output = await run_command(command, timeout=2)
    print(output)
asyncio.run(main())

在上述代码中，我们使用了asyncio.wait_for()函数监视进程并跟踪其状态。该函数可以接收两个参数：future和timeout。我们在此将该函数与process.communicate()结合使用，以等待进程完成并获取输出。

如果子进程在指定的时间内未完成，则会引发asyncio.TimeoutError异常。在这种情况下，我们会杀死进程并引发自定义异常。

4. 总结

本文介绍了Python中异步编程的概念和asyncio库的基本用法，在此基础上讲解了如何在非阻塞子进程中异步执行命令，并且进行一些简单的状态跟踪和错误处理。

通过使用Python异步编程的特性，我们可以大大提高程序的性能和并发性，特别是在涉及到耗时的I/O操作时。

asyncio.create_subprocess_exec()函数可以让我们在异步I/O事件循环中启动子进程，非阻塞地执行命令并跟踪其状态。