1. FastAPI概述
FastAPI是一个快速（高性能）的Web框架，用于构建API。它具有相对较少的代码量，可自动进行数据验证，支持异步请求处理等功能。通过使用FastAPI，可以轻松地构建高效的Web服务和API。该框架使用Python3.6+，并且使用Python 3.7+的各种优化功能，例如asyncio，type hints和其他修饰装饰器。
2. 并行和异步处理
在API服务中，高并发和高吞吐量是最常见的要求之一。为了满足这些需求，通常需要硬件或软件上的一些特殊设施。例如，可以使用负载均衡，缓存或优化算法等技术来提高性能。但是，另一种解决方法是使用并行或异步处理。
并行处理是指使用多个线程，进程或计算机并行处理同一个问题。这样可以显著提高处理速度，因为多个处理单元可同时工作。异步处理是一种特殊的并行处理形式，其中任务按照非线性顺序执行。通过使用异步处理，可以增加系统的可伸缩性，同时保持响应速度。
3. FastAPI的并行处理
3.1 使用多个进程并行处理
FastAPI支持使用多个进程来并行处理请求。这可以通过使用Gunicorn或uWSGI等服务器应用程序来轻松实现。这些应用程序可用于启动FastAPI应用程序，并使用多个进程同时处理请求。
# 启动FastAPI应用程序
from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
# 使用uvicorn运行应用程序，其中workers参数指定启动的工作程序数
$ uvicorn main:app --workers 4
3.2 使用多线程并行处理
FastAPI还支持使用多个线程来并行处理请求。这可以通过使用Starlette的asyncio交换机来轻松实现。asyncio方法使服务器能够异步处理多个请求。
# 启动FastAPI应用程序
from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
# 使用uvicorn运行应用程序，其中workers参数指定启动的工作程序数
$ uvicorn main:app --workers 1 --threads 6
3.3 使用多个计算机并行处理
使用多个计算机并行处理请求称为分布式处理。这种方法需要在多个服务器上部署和配置应用程序，并通过负载均衡器或分布式文件系统等系统将请求路由到不同的服务器上。
4. FastAPI的异步处理
4.1 异步处理介绍
异步处理是一种特殊的并行处理形式，其中任务按照非线性顺序执行。在异步处理中，应用程序可以在等待其他任务完成时继续处理请求，并允许同时处理多个请求。Python 3.5+引入了异步编程概念的支持，该概念称为asyncio。
4.2 使用asyncio处理异步请求
FastAPI支持使用asyncio处理异步请求。这可以通过使用async和await关键字来实现。以下是一个带有异步请求处理程序的FastAPI应用程序的示例：
from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
@app.get('/async')
async def async_endpoint():
return {"message": "异步请求处理。"}
@app.get('/async/{name}')
async def async_endpoint_name(name: str):
return {"message": f"{name}, 异步请求处理。"}
4.3 使用异步数据库驱动程序
FastAPI还支持使用异步数据库驱动程序。这可以通过使用异步数据库库，如aiosqlite，asyncpg或motor等库来实现。这些库允许在查询数据库时异步地执行应用程序代码，以便应用程序在等待数据库查询完成时可以使用其他请求。
以下是一个使用异步sqlite3数据库驱动程序的FastAPI应用程序的示例：
import asyncio
import aiosqlite
from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
@app.on_event("startup")
async def startup():
app.db_connection = await aiosqlite.connect("database.db")
@app.on_event("shutdown")
async def shutdown():
await app.db_connection.close()
@app.get("/")
async def index():
cursor = await app.db_connection.execute("SELECT * FROM my_table")
rows = await cursor.fetchall()
return {"rows": rows}
4.4 使用协程进行异步调用
协程在Python 3.5+中引入，是一种更轻量级的并发处理方式。与线程和进程不同，协程是在同一线程中运行的，因此可以用于轻量级任务处理。asyncio库提供了与协程一起使用的支持，可以轻松地将它们与FastAPI应用程序一起使用。
以下是一个使用协程进行异步调用的FastAPI应用程序的示例：
import asyncio
from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
async def do_something():
await asyncio.sleep(1)
return "Done doing something!"
@app.get("/")
async def index():
task = asyncio.create_task(do_something())
result = await task
return {"result": result}
5. 结论
FastAPI是一个高效的Web框架，可用于构建高性能的API和Web服务。通过使用并行和异步处理，可以轻松地提高FastAPI应用程序的性能和可伸缩性。使用多个线程，进程或计算机并行处理请求，或使用协程进行异步处理。使用异步数据库驱动程序和协程进行异步调用时，可以保持应用程序的响应速度。