Асинхронные функции в Python (с использованием asyncio) не предназначены для выполнения CPU-bound задач, таких как интенсивные вычисления больших значений.
Причина в том, что asyncio реализует кооперативную многозадачность. Это означает, что один поток выполнения чередует работу между различными корутинами. Если одна корутина (например, асинхронная функция) выполняет долгое CPU-bound вычисление, она не отдаст управление другим корутинам. Это блокирует весь цикл событий asyncio, делая программу неотзывчивой.
Для выполнения ресурсоемких вычислений эффективнее использовать:
Потоки (threading): Подходят для задач с вводом/выводом (I/O-bound), где потоки блокируются в ожидании завершения операции ввода/вывода, позволяя другим потокам выполнять работу. Однако, из-за Global Interpreter Lock (GIL) в CPython, потоки не обеспечивают истинного параллелизма для CPU-bound задач.
Процессы (multiprocessing): Создают отдельные процессы операционной системы, каждый со своим собственным интерпретатором Python и выделенной памятью. Это позволяет обойти GIL и добиться истинного параллелизма для CPU-bound задач, эффективно используя многоядерные процессоры.
Сравнение:
| Метод | Подходит для | Параллелизм CPU-bound | Обмен данными между задачами | Издержки |
|---|---|---|---|---|
asyncio | I/O-bound | Нет (блокирует) | Легкий (в одном потоке) | Низкие |
threading | I/O-bound | Нет (из-за GIL) | Средний (требуются блокировки) | Средние |
multiprocessing | CPU-bound, I/O-bound | Да (истинный) | Сложный (через IPC) | Высокие (создание процессов) |
Пример неэффективного использования asyncio для CPU-bound задачи:
pythonЭтот код не будет выполнять вычисления параллельно, даже при использовании asyncio.gather, потому что compute_heavy блокирует цикл событий.
Пример эффективного использования multiprocessing для CPU-bound задачи:
pythonЭтот код будет выполнять вычисления параллельно в двух отдельных процессах, что более эффективно для CPU-bound задач.
Таким образом, неэффективность асинхронных функций для больших вычислений связана с их неспособностью отдавать управление во время выполнения CPU-bound задачи, блокируя цикл событий. Для таких задач следует использовать многопроцессорность.