多任务与并发 – Qgenius® 官方学习平台

多任务与并发是指在单个程序中同时或交替处理多个任务的能力。在实际应用中，为了提高程序执行效率，常常需要同时处理多个任务。多任务与并发技术能够让程序在同一时间内执行多个任务，从而缩短整体处理时间。这对于需要同时处理网络请求、文件读写或其他 I/O 密集型操作的自动化流程尤为重要。学习多任务与并发不仅可以提高程序的响应速度，还能更好地利用系统资源，使您的自动化项目更加高效、稳定。

在 Python 中，由于全局解释器锁（GIL）的存在，真正的并行执行在 CPU 密集型任务中可能受到限制，但对于 I/O 密集型任务，多任务和并发依然能够显著提高效率。`threading` 模块主要用于创建多个线程来处理任务，而 `asyncio` 模块则采用异步编程模式，通过事件循环调度任务，使得程序在等待I/O操作时能继续执行其他任务。掌握这些技术能够帮助您更好地设计和优化自动化流程，提升数据处理和网络请求的效率。

使用 threading 实现多任务

`threading` 模块允许您在程序中创建多个线程，这些线程可以同时执行任务，适用于需要同时处理多个 I/O 操作的场景。下面是一个简单的示例代码，展示如何使用 `threading` 来创建和启动多个线程，并等待所有线程完成任务。

示例代码：

import threading
import time

def task(name, delay):
    for i in range(3):
        print(f"任务 {name} 正在运行: {i}")
        time.sleep(delay)
    print(f"任务 {name} 完成。")

# 创建两个线程，分别执行不同的任务
thread1 = threading.Thread(target=task, args=("A", 1))
thread2 = threading.Thread(target=task, args=("B", 2))

# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待所有线程结束
thread1.join()
thread2.join()

print("所有任务完成。")

代码说明

定义了一个 task 函数，用于模拟任务执行，每个任务打印运行状态并等待一定时间。
使用 threading.Thread 创建两个线程，分别传入任务名称和延迟时间。
启动线程后，通过 join() 方法等待所有线程完成，最后输出任务完成信息。

提示词示例：

提示词：

请编写一段 Python 代码，实现如下功能，并保证生成的代码与下面提供的示例代码完全一致（包括缩进、空行、注释和字符串内容）：

导入 threading 和 time 模块。
定义一个名为 task 的函数，该函数接受两个参数：name 和 delay。在函数中，循环 3 次，每次打印格式化字符串 f"任务 {name} 正在运行: {i}"，然后调用 time.sleep(delay) 进行延时。循环结束后，打印 f"任务 {name} 完成。"。
在主程序中，使用 threading.Thread 分别创建两个线程，第一个线程调用 task("A", 1)，第二个线程调用 task("B", 2)。
启动这两个线程，并使用 join() 方法等待所有线程结束。
最后，打印 “所有任务完成。”。

使用 asyncio 实现异步任务

asyncio 模块提供了基于事件循环的异步编程方式，适用于处理大量 I/O 密集型操作或高并发场景。与线程不同，asyncio 通过协程和事件循环实现并发处理，不会创建多个系统级线程，从而减少了上下文切换的开销。下面的示例代码展示了如何使用 asyncio 实现异步任务调度。

示例代码：

import asyncio

async def async_task(name, delay):
    for i in range(3):
        print(f"异步任务 {name} 正在运行: {i}")
        await asyncio.sleep(delay)
    print(f"异步任务 {name} 完成。")

async def main():
    # 创建两个异步任务
    task1 = asyncio.create_task(async_task("X", 1))
    task2 = asyncio.create_task(async_task("Y", 2))
    
    # 等待所有异步任务完成
    await task1
    await task2
    print("所有异步任务完成。")

# 启动事件循环
asyncio.run(main())

代码说明

定义了一个异步函数 async_task，使用 await asyncio.sleep(delay) 模拟异步等待，并打印任务执行状态。
在 main 协程中，使用 asyncio.create_task() 创建两个异步任务，并使用 await 等待任务完成。
最后，通过 asyncio.run(main()) 启动事件循环，运行整个异步任务流程。

提示词示例：

提示词：

请编写一段 Python 代码，实现如下功能：

使用 threading 模块创建两个线程，每个线程分别执行一个模拟任务。
每个线程的模拟任务应按照以下步骤执行：
- 打印任务名称和当前运行状态（例如：“任务 A 正在运行: 0”）。
- 使用 time.sleep() 模拟等待，延迟时间可以分别设置为 1 秒和 2 秒（或其他合理的时间）。
- 循环执行3次后，打印任务完成信息（例如：“任务 A 完成。”）。
主程序需要启动这两个线程，并等待所有线程完成后，再打印“所有任务完成。”。

请确保生成的代码能够直接运行，并完整展示每个任务的执行过程，同时包含必要的注释说明代码的各个部分。

练习：

请修改 threading 示例代码，增加一个功能：在每个线程执行结束后记录线程执行时间，并将这些信息写入日志文件中。
请设计一个提示词，让生成的 asyncio 代码支持同时调度多个异步任务，并允许用户自定义任务延迟时间，最后统计所有任务的总执行时间。

AI 助教

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