Асинхронность и потоки в Python: asyncio, TaskGroup и free-threading

Три курса валют — три секунды ожидания

• Каждый запрос к API курсов ≈ 1 с ожидания сети
• Подряд: 3.0 с, вместе: 1.0 с
• Процессор всё это время простаивает

Трекер научился переводить траты в рубли, и для этого спрашивает курсы валют у внешнего сервиса: доллар, евро, юань. Каждый ответ идёт около секунды, и программа покорно ждёт их по очереди — три секунды. При этом процессор почти всё время ничего не делает: он просто ждёт ответа по сети. Если отправить три запроса одновременно и ждать их вместе, выйдет одна секунда. Как это сделать — и почему потоки здесь не единственный ответ, — разберём сегодня.

$ uv run rates_seq.py
подряд 3.0 с

$ uv run rates_async.py
вместе 1.0 с

Ждать и считать — разные задачи

• I/O-bound: сеть, диск, база — ждём ответа
• CPU-bound: расчёты — процессор занят
• Для ожидания — asyncio или потоки, для расчётов — процессы

Сначала главное различие, без которого дальше ничего не понять. Представьте повара. Если он поставил воду и ждёт кипения, он может за это время нарезать овощи, а потом поставить духовку — один повар, много дел, потому что основное время занимает ожидание. Это задачи ввода-вывода: сеть, диск, база данных. А если он вручную месит тесто, параллельно ничего не сделаешь — руки заняты. Это вычислительные задачи. Для них нужны дополнительные повара.

async и await: функция, которая умеет ждать

• async def — корутина: вызов не выполняет, а создаёт объект
• await — «подожди, а пока займись другим»
• asyncio.run(main()) — запустить цикл событий

Асинхронный код в Python строится на двух словах. Async перед def объявляет корутину — функцию, которая умеет приостанавливаться. Await внутри неё говорит: здесь я буду ждать, а ты, цикл событий, пока займись другими задачами. Тот самый повар: поставил воду, сказал await и пошёл резать овощи. Запускается всё это функцией run. Важная деталь: внутри асинхронного кода нельзя пользоваться обычным sleep или блокирующими запросами — они остановят весь цикл.

import asyncio

async def fetch_rate(currency: str) -> float:
    await asyncio.sleep(1)          # имитация запроса к API
    return 90.0

async def main() -> None:
    for cur in ["USD", "EUR", "CNY"]:
        rate = await fetch_rate(cur)  # ждём по очереди
        print(cur, rate)

asyncio.run(main())                 # ~3 секунды