大家在剛剛接觸到FastApi框架時可能都有一個這樣的疑問？

fastapi框架調用異步任務時一般都會用await等待該異步函數運行完成，并沒有提高該接口的運行速度。為什么還說FastApi框架快呢?

在 FastAPI 中調用異步任務時，通常會使用 await 等待異步函數完成，這看起來似乎并沒有直接提高單個接口的運行速度。然而，FastAPI 的異步特性并不是為了提高單個請求的處理速度，而是為了提高 系統的整體并發性能 和 資源利用率。下面我們來詳細分析這一點。

1. 異步的核心優勢：并發性能

1.1 什么是并發性能？

• 并發性能 是指系統能夠同時處理多個請求的能力，而不是單個請求的處理速度。

• 異步框架的核心目標是提高系統的并發能力，而不是減少單個請求的處理時間。

1.2 FastAPI 的并發優勢

• 非阻塞 I/O：當 FastAPI 處理一個請求時，如果遇到 I/O 操作（如數據庫查詢、文件讀寫、網絡請求），它會掛起當前任務，轉而處理其他請求，而不是阻塞等待。

• 事件循環調度：FastAPI 使用事件循環來調度任務，能夠高效地處理大量并發請求。

1.3 示例對比

假設有一個接口需要調用一個外部 API，耗時 1 秒：

• 同步框架（如 Django）：

  • 每個請求都會阻塞線程，直到外部 API 調用完成。

  • 如果有 100 個并發請求，需要 100 個線程來處理，線程切換和上下文切換會帶來額外開銷。

• 異步框架（如 FastAPI）：

  • 當調用外部 API 時，FastAPI 會掛起當前任務，轉而處理其他請求。

  • 只需要一個線程（事件循環）即可處理大量并發請求，資源利用率更高。

• • • 2. 為什么單個接口的速度沒有提升？

      2.1 單個請求的處理時間

      • 對于單個請求來說，異步并不會減少它的處理時間。例如，如果一個異步任務需要 1 秒完成，那么無論是否使用 await，這個任務都需要 1 秒。

      • 異步的優勢在于，在等待 I/O 操作完成時，事件循環可以處理其他任務，而不是阻塞等待。

      2.2 示例

      假設有一個接口需要執行以下操作：

      1. 調用一個外部 API，耗時 1 秒。

      2. 查詢數據庫，耗時 0.5 秒。

      3. 返回結果。

      • 同步框架：

        • 總耗時：1 + 0.5 = 1.5 秒。

        • 在此期間，線程會被阻塞，無法處理其他請求。

      • 異步框架：

        • 總耗時仍然是 1.5 秒。

        • 但在等待外部 API 和數據庫查詢時，事件循環可以處理其他請求。

      ---

      3. 異步的真正價值

      3.1 提高資源利用率

      • 異步框架通過非阻塞 I/O 和事件循環，能夠更高效地利用 CPU 和內存資源。

      • 例如，一個單線程的事件循環可以處理成千上萬的并發請求，而同步框架需要大量的線程來處理同樣的請求。

      3.2 支持高并發

      • 異步框架適合高并發場景，如實時應用、微服務、API 網關等。

      • 例如，一個聊天應用需要同時處理成千上萬的 WebSocket 連接，異步框架能夠輕松應對。

      3.3 減少線程切換開銷

      • 同步框架需要為每個請求分配一個線程，線程切換和上下文切換會帶來額外的開銷。

      • 異步框架通過事件循環和協程，避免了線程切換的開銷。

    • 4. 如何真正提升接口速度？

      如果你希望提升單個接口的運行速度，可以嘗試以下方法：

      4.1 優化 I/O 操作

      • 使用更快的數據庫（如 Redis）或優化數據庫查詢。

      • 使用緩存（如 Redis 或 Memcached）減少重復計算。

      4.2 并行處理

      對于獨立的異步任務，可以使用 asyncio.gather 并行執行。

       

      async def task1():
          await asyncio.sleep(1)
          return "Task 1"
      
      async def task2():
          await asyncio.sleep(1)
          return "Task 2"
      
      @app.get("/")
      async def root():
          result1, result2 = await asyncio.gather(task1(), task2())
          return {"result1": result1, "result2": result2}

      4.3 使用進程池

      對于 CPU 密集型任務，可以使用 run_in_processpool 將任務放到進程池中執行。

    • from fastapi.concurrency import run_in_processpool
      
      def cpu_intensive_task():
          return sum(i * i for i in range(10**6))
      
      @app.get("/")
      async def root():
          result = await run_in_processpool(cpu_intensive_task)
          return {"result": result}

      5. 總結

      • 異步的核心優勢：提高系統的并發性能和資源利用率，而不是減少單個請求的處理時間。

      • 單個接口的速度：異步并不會直接提升單個接口的運行速度，但可以提高系統的整體吞吐量。

      • 適用場景：異步框架適合高并發、I/O 密集型的場景，如實時應用、微服務、API 網關等。

      如果你希望提升單個接口的速度，可以通過優化 I/O 操作、并行處理或使用進程池來實現。而如果你需要構建一個高并發的系統，FastAPI 的異步特性將為你帶來顯著的性能優勢！

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