基于CPython的Python asyncio原子执行单元技术问询

在asyncio的协作式调度模型里，协程的执行会一直持续到遇到显式的异步操作（比如await、asyncio.sleep()、asyncio.wait()等）才会暂停，这段从一个异步让出点到下一个异步让出点之间的代码，就是asyncio提供的原子执行单元——也就是说，这段代码会被完整执行，不会被其他协程打断。

为什么是这样？ #

asyncio基于单线程事件循环运行，协程之间是协作式调度，而非线程的抢占式调度：

• 线程依赖GIL，在每个字节码执行完成后都可能被调度切换，所以单个字节码是原子的，但跨多个字节码的操作可能被打断。
• 协程则完全不同，只有当代码主动调用await这类会触发事件循环调度的操作时，当前协程才会让出CPU，让其他协程运行。在没有这类操作的代码段里，不管包含多少字节码，都会一次性执行完毕，不会被其他协程干扰。

举个例子 #

下面的代码中，increment函数里没有任何await操作，所以每个协程的temp = x和x = temp +1会被完整执行，最终结果一定是1000：

import asyncio

x = 0

async def increment():
    global x
    temp = x
    x = temp + 1

async def main():
    tasks = [increment() for _ in range(1000)]
    await asyncio.gather(*tasks)
    print(x)  # 输出 1000

asyncio.run(main())

但如果在temp = x之后加一行await asyncio.sleep(0)（主动让出控制权），结果就会变成不确定的数值——因为协程在执行到await时暂停，其他协程会修改x，破坏了操作的原子性：

import asyncio

x = 0

async def increment():
    global x
    temp = x
    await asyncio.sleep(0)  # 主动让出，原子性被打破
    x = temp + 1

async def main():
    tasks = [increment() for _ in range(1000)]
    await asyncio.gather(*tasks)
    print(x)  # 输出小于1000的随机数

asyncio.run(main())

注意事项 #

不要依赖这种原子执行单元来处理竞态条件，因为一旦代码中不小心引入了await（哪怕是调用了其他含await的函数），原子性就会被打破。正确的做法是使用asyncio提供的同步原语，比如asyncio.Lock，来保护共享资源的访问。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者김꼬막