Bất đồng bộ có thể được triển khai trong rất nhiều ngôn ngữ lập trình, kể cả Python. Tuy nhiên, bất đồng bộ trong Python thuở sơ khai chưa được sử dụng rộng rãi như Javascript hay C# bởi cách thực hiện khó khăn. Trong bài viết này, mình sẽ giới thiệu về lịch sử của lập trình bất đồng bộ trong Python và sự lớn mạnh của nó ở thời điểm hiện tại.
Khi người ta giải quyết "c10k problem" và sau đó là sự ra đời của Nginx, lập trình bất đồng bộ được quan tâm hơn và ngày càng được cải thiện để dễ dàng cài đặt hơn so với phiên bản gốc của nó.
Ở phiên bản gốc, bạn phải biết những khái niệm như non-blocking socket, multiplexer, selector, ... của OS để có thể triển khai một ứng dụng xử lí bất đồng bộ:
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(1);
}
last_fd = sockfd;
my_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */
my_addr.sin_port = htons(MYPORT); /* short, network byte order */
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* auto-fill with my IP */
bzero(&(my_addr.sin_zero), 8); /* zero the rest of the struct */
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("bind");
exit(1);
}
if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) {
perror("listen");
exit(1);
}
if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size)) == -1) {
perror("accept");
}
fcntl(last_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); /* Change the socket into non-blocking state */
fcntl(new_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); /* Change the socket into non-blocking state */
while(1){
for (i=sockfd;i<=last_fd;i++){
printf("Round number %d\n",i);
if (i = sockfd){
...
Giờ đây, chuyện đó "dễ như trở bàn tay" nhờ sự cải tiến vượt trội về mặt cú pháp. Cú pháp async/await được giới thiệu lần đầu bởi C# và sau đó được nhiều ngôn ngữ lập trình khác triển khai như Javascript, Python, Java, C++, Rust, Swift,...
"Kĩ thuật lập trình" bất đồng bộ chuyển sang "cú pháp của ngôn ngữ lập trình".
Xử lí bất đồng bộ trong Python là hoàn toàn có thể do Python hỗ trợ các API non-blocking socket của OS như selector, multiplexing,... Tuy nhiên, sử dụng các API này để triển khai một ứng dụng bất đồng bộ khá khó khăn.
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("0.0.0.0", port_number))
server_socket.listen(max_clients)
inputs = [server_socket]
outputs = []
while True:
readable, writable, exceptional = select.select(inputs, outputs, inputs, 1)
for s in readable:
if s is server_socket:
connection, client_address = s.accept()
connection.setblocking(0)
inputs.append(connection)
threading.Thread(target=handle_client, args=(connection, client_address)).start()
Do đó, những lập trình viên trong cộng đồng đã kết hợp những API đó với coroutine để thực hiện việc triển khai bất đồng bộ.
Coroutine là một khái niệm phổ biến trong rất nhiều ngôn ngữ lập trình và lần đầu được giới thiệu trong Python với PEP 342 do Guido van Rossum và Phillip J. Eby đề xuất vào năm 2005 trong phiên bản Python 2.5.
Nếu muốn hiểu rõ hơn việc sử dụng coroutine để triển khai lập trình bất đồng bộ như thế nào, các bạn có thể đọc 2 bài viết dưới đây của mình để biết chi tiết hơn:
Một trong những framework nổi tiếng triển khai xử lí bất đồng bộ là Tornado. Tornado là một networking framework triển khai bất đồng bộ trên coroutine cho những mục đích:
Vào năm 2015, PEP 492 ra đời do Yury Selivanov đề xuất. Với việc sử dụng coroutine để thực hiện cú pháp của async/await, Python đã có thể thực hiện các toán tử bất đồng bộ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều cho lập trình viên.
Thay vì phải làm việc với các low-level API, làm việc với coroutine thuần túy, giờ đây, chúng ta chỉ cần biết đến 2 keyword vô cùng phổ biến trong các ngôn ngữ lập trình: async/await.
listener = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listener.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
listener.setblocking(False)
listener.bind((host, port))
listener.listen(1024)
loop = asyncio.get_event_loop()
while True:
client, addr = await loop.sock_accept(listener)
loop.create_task(handle_client(client))
Tác giả cũng nêu rõ lí do khi thiết kế cú pháp async/await như sau:
The growth of Internet and general connectivity has triggered the proportionate need for responsive and scalable code. This proposal aims to answer that need by making writing explicitly asynchronous, concurrent Python code easier and more Pythonic.
Như đã nói ở trên, bản thân async/await chỉ là cú pháp với mục đích làm cho code trở nên dễ đọc. Những gì thực sự được xử lí đằng sau nó là coroutine nên không sai khi nói rằng, asynchronous của Python được hiện thực hóa bởi coroutine.
Trước khi ASGI được sinh ra, WSGI là tiêu chuẩn phổ biến để ứng dụng web giao tiếp với webserver. Tiêu chuẩn này được giới thiệu bởi PEP 333 vào cuối năm 2003. Nó tập trung phát triển giao diện dựa trên API đồng bộ của network: blocking. Do đó, để thực hiện scale hiệu năng, multi-thread được sử dụng kết hợp, tương tự như trường hợp của Apache HTTP Server.
Chúng ta có các webserver triển khai tiêu chuẩn này như Gunicorn, uWSGI hay Nginx với sự hỗ trợ của module ngx_http_uwsgi_module.
Một số web framework triển khai tiêu chuẩn này như Django, Flask, Bottle,...
Vào tháng 9 - 2018, phiên bản 1.0 của ASGI ra đời, mở đầu cho một kỉ nguyên mới của web development. Với việc ASGI ra đời, một loạt các thư viện và framework hỗ trợ bất đồng bộ ra đời như uvicorn, hypercorn, django v3, fastapi, starlette, quart, sanic,...
Mọi người dần biết tới và sử dụng các framework bất đồng bộ nhiều hơn nhờ sự hỗ trợ của các web framework này.
Với database, chúng ta có:
Với http client, ta có thể sử dụng httpx, nó có giao diện hoàn toàn giống với requests.
Với web framework, chúng ta có:
Với web server có:
Còn rất nhiều thư viện khác đã hỗ trợ bất đồng bộ mà ta có thể sử dụng.
Hiện tại trên Github, một số group đáng quan tâm vền trending này có thể kể đến như:
Một vài cá nhân đáng chú ý như:
Python thật sự đang có sự thay đổi khá nhiều về mảng web development nói chung và stack xử lí bất đồng bộ - scalable application nói chung. Hãy cùng điểm qua một vài cột mốc trước khi kết thúc bài viết
async/awaitMình hi vọng qua bài viết này, các bạn có thể nắm rõ hơn lịch sử phát triển của hệ sinh thái bất động bộ Python nói chung và sự phát triển cũng như những trending trong phát triển web nói riêng của Python.