asyncio / async / await

import asyncio

# 非同期関数（コルーチン）の定義
async def my_coroutine():
    await asyncio.sleep(1)  # 非同期で待機
    return result

# コルーチンの実行
asyncio.run(my_coroutine())

# 複数コルーチンの並行実行
results = await asyncio.gather(coro1(), coro2(), coro3())

asyncio.py

import asyncio
import time

# 基本的な非同期関数
async def say_hello(name, delay):
    await asyncio.sleep(delay)      # この間、他のコルーチンが実行できる
    print(f"こんにちは、{name}！")

async def main():
    # 順次実行（合計3秒）
    await say_hello('桐生一馬', 1)
    await say_hello('真島吾朗', 2)

asyncio.run(main())

# gather: 並行実行（合計2秒、最長のもの）
async def main_parallel():
    start = time.time()
    await asyncio.gather(
        say_hello('桐生一馬', 1),
        say_hello('真島吾朗', 2),
        say_hello('秋山駿', 1.5),
    )
    print(f"合計時間: {time.time() - start:.1f}秒")  # 約2.0秒

asyncio.run(main_parallel())

# create_task: タスクとして即座にスケジューリング
async def fetch_data(url, delay):
    await asyncio.sleep(delay)
    return f"{url} のデータ"

async def main_tasks():
    # タスクとして登録（すぐに開始）
    task1 = asyncio.create_task(fetch_data('https://api1.example.com', 1))
    task2 = asyncio.create_task(fetch_data('https://api2.example.com', 2))

    result1 = await task1
    result2 = await task2
    print(result1)
    print(result2)

asyncio.run(main_tasks())

# asyncio.Queue: プロデューサー・コンシューマーパターン
async def producer(q, items):
    for item in items:
        await q.put(item)
        await asyncio.sleep(0.5)
    await q.put(None)   # 終了シグナル

async def consumer(q):
    while True:
        item = await q.get()
        if item is None:
            break
        print(f"処理中: {item}")
        q.task_done()

async def main_queue():
    q = asyncio.Queue()
    await asyncio.gather(
        producer(q, [1, 2, 3, 4, 5]),
        consumer(q),
    )

asyncio.run(main_queue())

python3 asyncio.py
こんにちは、桐生一馬！
こんにちは、真島吾朗！
こんにちは、桐生一馬！
こんにちは、秋山駿！
こんにちは、真島吾朗！
合計時間: 2.0秒
https://api1.example.com のデータ
https://api2.example.com のデータ
処理中: 1
処理中: 2
処理中: 3
処理中: 4
処理中: 5

fetch_parallel.py

import asyncio

# httpx（非同期HTTPクライアント）を使った並行リクエストのパターン
# インストール: pip install httpx
async def fetch(client, url):
    try:
        response = await client.get(url, timeout=5.0)
        return {"url": url, "status": response.status_code}
    except Exception as e:
        return {"url": url, "error": str(e)}

async def fetch_all(urls):
    import httpx
    async with httpx.AsyncClient() as client:
        tasks = [fetch(client, url) for url in urls]
        results = await asyncio.gather(*tasks, return_exceptions=True)
    return results

urls = [
    "https://httpbin.org/delay/1",
    "https://httpbin.org/delay/2",
    "https://httpbin.org/status/200",
]

# asyncio.run() で非同期エントリーポイントを呼び出す
results = asyncio.run(fetch_all(urls))
for r in results:
    print(r)

pip install httpx
python3 fetch_parallel.py
{'url': 'https://httpbin.org/delay/1', 'status': 200}
{'url': 'https://httpbin.org/delay/2', 'status': 200}
{'url': 'https://httpbin.org/status/200', 'status': 200}

3つのURLに並行リクエストを送信します。すべてのリクエストが完了するまで待機し、各URLのステータスコードを出力します。接続できない場合は『error』キーにエラーメッセージが入ります。

async def 内で time.sleep() を使うとイベントループ全体がブロックされます。必ず asyncio.sleep() を使ってください。

import asyncio

# NG: async def 内で time.sleep() を使うとイベントループ全体がブロックされる
async def bad_wait():
    import time
    time.sleep(2)  # ブロッキング！他のコルーチンが動けなくなる

import asyncio

# OK: 必ず asyncio.sleep() を使う
async def good_wait():
    await asyncio.sleep(2)  # 他のコルーチンに制御を渡せる

コルーチンを await せずに呼び出してもすぐには実行されません（RuntimeWarning）。

import asyncio

# NG: コルーチンを await せずに呼び出してもすぐには実行されない
async def main():
    asyncio.sleep(1)  # 警告: コルーチンが実行されない（RuntimeWarning）

import asyncio

# OK: コルーチンは必ず await する
async def main():
    await asyncio.sleep(1)

asyncio.run() の中で再度 asyncio.run() を呼ぶとエラーになります。

asyncio_run_ng.py

import asyncio

# NG: asyncio.run() の中で再度 asyncio.run() を呼ぶとエラーになる
async def outer():
    asyncio.run(inner())  # RuntimeError: This event loop is already running.

python3 asyncio_run_ng.py
Traceback (most recent call last):
  ...
RuntimeError: This event loop is already running.

import asyncio

# OK: async def の中では await を使う
async def outer():
    await inner()

asyncio を使う関数はすべてコルーチン（async def）にする必要があります。通常の関数（def）の中で await は使えません。

asyncioはシングルスレッドで動作するイベントループを使って、複数のコルーチンを切り替えながら並行実行します。『await』に到達するとイベントループが別のコルーチンに制御を渡すため、I/O待ち時間を有効活用できます。

『asyncio.gather()』は全コルーチンを並行実行して、すべての結果をリストで返します。いずれかのコルーチンで例外が発生した場合はその例外を送出します。例外を無視したい場合はreturn_exceptions=Trueを指定します。

asyncioはI/O待ちには強力ですが、CPU密集処理はイベントループをブロックするため効果がありません。CPU密集処理と組み合わせたい場合はasyncio.to_thread()（Python 3.9+）を使ってスレッドに処理を委譲します。また、httpxやaiohttpなど非同期対応のHTTPクライアントライブラリと組み合わせて使うことが多いです。