Многопоточность и asyncio

Введение

Когда программа выполняет задачи, которые можно делать параллельно (загрузка файлов, запросы к API, обработка данных), на помощь приходят многопоточность и асинхронность. Python предлагает три подхода: threading для I/O-задач, multiprocessing для CPU-задач и asyncio для асинхронного кода.

📌 На этом уроке вы узнаете:

Модуль threading: запуск функций в отдельных потоках
GIL в Python и когда потоки реально параллельны
ThreadPoolExecutor из concurrent.futures
Асинхронность: async def, await, asyncio.gather()
Сравнение threading, multiprocessing и asyncio — что и когда использовать

Основной материал

threading.Thread запускает функцию в отдельном потоке — полезно для I/O-задач (сеть, файлы), где программа ждёт ответа. GIL (Global Interpreter Lock) ограничивает параллельность CPU-задач в потоках — для них используйте multiprocessing. concurrent.futures предоставляет удобные пулы потоков и процессов. asyncio — современный асинхронный подход с event loop: функции async def и оператор await не блокируют выполнение других задач.

import threading
import time
import asyncio

# === threading ===
def download(file_name):
    print(f"Скачиваю {file_name}...")
    time.sleep(2)  # имитация загрузки
    print(f"{file_name} скачан!")

threads = []
for f in ["a.txt", "b.txt", "c.txt"]:
    t = threading.Thread(target=download, args=(f,))
    threads.append(t)
    t.start()

for t in threads:
    t.join()
print("Все файлы скачаны!")

# === asyncio ===
async def fetch(url):
    print(f"Запрос к {url}...")
    await asyncio.sleep(1)  # асинхронное ожидание
    print(f"Ответ от {url}")
    return f"Данные от {url}"

async def main():
    tasks = [fetch("api/1"), fetch("api/2"), fetch("api/3")]
    results = await asyncio.gather(*tasks)
    print(results)

# asyncio.run(main()) — запуск в одиночном режиме

Практика

📝 Задание: Напишите программу, которая параллельно (через threading) вычисляет факториалы чисел 5, 10, 15, 20. Затем перепишите то же самое через concurrent.futures.ThreadPoolExecutor. Сравните время выполнения с последовательным вариантом.

Открыть REPL для выполнения →

Ключевые выводы

threading — для I/O-задач (сеть, файлы), не для CPU из-за GIL
multiprocessing — для CPU-задач, обходит GIL
concurrent.futures — удобные пулы потоков/процессов
async/await — асинхронный код с event loop для высоконагруженных сетевых приложений
asyncio.gather() — параллельный запуск нескольких корутин