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概览/核心摘要 (Executive Summary)

本次演讲由 Django Fellow Carlton Gibson 主讲，旨在为 Django 开发者提供一份关于异步（Async）编程的实用指南。演讲核心观点是，虽然异步是一个庞大且复杂的话题，但 Django 开发者无需深入底层细节，即可利用其强大功能增强现有应用。演讲首先简要介绍了 Python asyncio 库的核心概念，如事件循环、async/await 语法和协程，并澄清了使用 asyncio.create_task 实现后台任务的局限性——它缺乏健壮的错误处理机制，且依赖于持续运行的 ASGI 服务器环境，在传统 WSGI 部署下会立即退出。

演讲重点展示了两个核心实用模式：
1. 聚合视图 (Aggregating Views)：一种无需引入 GraphQL 即可解决前端需一次性获取多源数据问题的模式。通过在 async def 视图中使用 httpx 等异步客户端并发请求多个内部 API，可显著提升性能。此模式的最大优势是可直接在现有的 WSGI 应用中使用，为开发者提供了一个低风险的切入点。
2. 实时更新应用：以聊天应用为例，系统性地对比了四种实现实时更新的策略：
* 轮询 (Polling)：最简单，但有扩展性和延迟问题。
* 长轮询 (Long Polling)、服务器发送事件 (Server-Sent Events - SSE) 和 WebSockets：这三种是基于事件的异步方案，需要借助 Django Channels 和 ASGI 服务器。演讲详细解释了它们的实现逻辑和优缺点，指出 WebSockets 是唯一支持双向通信的方案。

最后，演讲者给出了关键的部署建议：为降低风险，推荐采用混合部署模式，即核心应用继续使用成熟稳定的 WSGI，而将异步功能部署在独立的 ASGI 服务上。同时，他强烈建议对整个网络堆栈（从负载均衡器到应用）进行彻底测试，特别是针对长连接和空闲超时问题，并可通过心跳机制解决。

引言与背景

• 演讲者介绍: Carlton Gibson，Django Fellow 之一，负责 Django 框架的日常维护、安全问题处理和版本发布。他同时也是 Django Channels 等多个生态系统包的维护者。
• 演讲目的: 旨在消除社区对 Async Django 的困惑，通过实际案例展示如何在 Django 应用中务实地引入异步功能，而无需深入研究其复杂的底层实现。演讲者强调，开发者只需了解相关概念，即可利用异步为应用增值。

Asyncio 核心概念入门

演讲首先通过一个简单的示例介绍了 Python 标准库 asyncio 的基本用法，它是 Django 异步支持的基础。

• 核心组件:
  • asyncio 模块: Python 的标准异步运行时，提供事件循环（Event Loop）来调度并发任务。
  • async def: 用于定义一个协程函数 (Coroutine Function)。调用它不会立即执行代码，而是返回一个协程对象。
  • await: 用于暂停当前协程的执行，将控制权交还给事件循环，等待一个“可等待对象”（如另一个协程或 I/O 操作）完成。
• 关键函数:
  • asyncio.create_task(): 将一个协程作为任务安排到事件循环上并发执行，但它本身不处理错误或重试。
  • asyncio.gather(): 等待多个任务全部完成。演讲者强调这是一个关键步骤，> “如果你不等待任务完成，主函数会直接退出，事件循环随之关闭，所有后台任务都将被终止。”

关键问题：Async 能否用于后台任务？

对于“能否使用 asyncio.create_task 来处理后台任务（如发送注册邮件）”这一常见问题，演讲者给出了一个审慎的回答：“可以，但这取决于情况 (it kind of, and it depends)”。

• 观点一：“可以，但有局限 (Kind of)”

  • 缺乏健壮性: asyncio.create_task 本身不提供任何错误处理、状态跟踪或重试机制。如果任务失败，需要开发者自行编写大量代码来确保其鲁棒性。
  • 替代方案: 对于需要高可靠性的后台任务，使用成熟的任务队列如 Celery 或 Django-Q 是更明智的选择。

• 观点二：“取决于你的运行方式 (It depends)”

  • WSGI vs. ASGI:
    • WSGI (Web Server Gateway Interface): 传统的同步 Python Web 应用标准。在 WSGI 模式下，当 Django 遇到一个 async def 视图时，它会为该请求临时启动一个事件循环，视图返回响应后，事件循环立即关闭。
    • ASGI (Asynchronous Server Gateway Interface): 现代的异步标准，支持长连接和事件驱动。在 ASGI 模式下，存在一个持续运行的事件循环。
  • 结论: 只有在 ASGI 服务器（如 Daphne 或 Uvicorn）下，才有一个持续运行的事件循环来保证 create_task 创建的后台任务在主请求结束后能继续执行。在 WSGI 下，这些任务会随着请求的结束而被中断。

实用模式一：聚合视图 (Aggregating Views)

这是一个演讲者高度推荐的模式，他称之为 > “我们在 GraphQL 出现之前就已经在做的事情”。

• 问题场景: 移动端或前端需要在一个页面上展示来自多个数据源的信息（例如，酒店详情和其所有房间列表），但出于性能和可靠性考虑，不希望发起多次网络请求。
• 解决方案: 创建一个单一的 async def 视图，该视图作为聚合器。
  1. 导入异步客户端: 使用如 httpx 这样的异步 HTTP 请求库。
  2. 定义异步视图: 在 Django 4.1+ 中，可以在类视图中直接定义 async def 方法。
  3. 并发获取数据: 使用 httpx.AsyncClient 和 asyncio.gather 并发地请求应用内部的其他 API 端点（如酒店详情 API 和房间列表 API）。
  4. 组合并返回: 等待所有内部请求完成后，将数据组合成前端需要的单一 JSON 结构并返回。
• 核心优势:
  • 无需改变部署架构: 这是该模式最吸引人的地方。> “你可以立刻在你现有的 WSGI 应用中实现它……Django 会为这个聚合视图单独启动一个事件循环，而你应用的其他部分保持不变。”
  • 性能提升: 将串行的网络请求变为并行，总响应时间取决于最慢的那个内部请求，而不是所有请求时间之和。

实用模式二：构建实时更新的聊天应用

演讲通过一个聊天应用的例子，详细对比了四种实现“实时更新”的策略，展示了异步需求的演进过程。

基础设置

• 一个简单的 Message 模型。
• 一个标准的 Django ListView 用于展示消息列表，一个 CreateView 用于提交新消息。

策略一：轮询 (Polling)

• 实现: 使用前端技术（如 HTMX）每隔固定时间（如 5 秒）向服务器请求最新的消息列表。
• 优点:
  • 实现极其简单，无需修改后端架构。
  • 完全兼容传统的 WSGI 部署。
• 缺点:
  • 扩展性差: 大量客户端同时轮询会产生巨大流量，演讲者称之为 > “你基本上是在对自己进行 DDoS 攻击”。
  • 响应性差: 存在明显的延迟（取决于轮询间隔）。

引入 Django Channels

当轮询无法满足需求时，就需要转向事件驱动的异步方案，这需要引入 Django Channels。
* Channel Layer: 一个通信层（通常基于 Redis），允许在应用的不同实例或进程之间广播消息。
* Consumers: 类似于 Django 的视图，但用于处理 ASGI 事件（如 HTTP 请求或 WebSocket 连接）。它们提供了比直接操作 ASGI 更友好、更像 Django 的编程模型。

策略二：长轮询 (Long Polling)

• 实现:
  1. 客户端发起一个请求。
  2. 服务器（通过 AsyncHttpConsumer）收到请求后不立即响应，而是保持连接打开，并订阅 Channel Layer 中的一个群组。
  3. 当有新消息发布时，通过 Channel Layer 广播通知。
  4. Consumer 收到通知后，查询新数据，渲染模板，并将响应发送给客户端，然后关闭连接。
• 优点: 响应及时，一旦有新消息立即推送。
• 缺点: 客户端在收到响应后通常会立即发起新的长轮询请求，仍然存在连接建立和销毁的开销。

策略三：服务器发送事件 (Server-Sent Events - SSE)

• 实现: 与长轮询非常相似，但关键区别在于，当服务器发送一个更新后，它不会关闭连接（通过设置 more_body=True）。连接会保持开放，以便后续可以推送更多更新。
• 优点: 相比长轮询，大大减少了重复建立连接的开销，更高效。
• 缺点: 通信是单向的（服务器到客户端）。

策略四：WebSockets

• 实现: 使用 WebsocketConsumer 建立一个持久的、双向的连接。服务器可以向客户端推送更新，客户端也可以通过同一连接向服务器发送数据。
• 优点:
  • 功能最强大，支持双向实时通信。
  • 是构建复杂实时应用（如在线协作、游戏）的首选。
  • 生态系统成熟，有大量前端库支持。
• 缺点: 实现相对复杂一些。

策略对比与选择

• 简单场景: 如果客户端不多，延迟要求不高，轮询就足够了。
• 单向实时推送: SSE 通常是比长轮询更好的选择。
• 双向实时通信: 必须使用 WebSockets。
• 务实选择: 最终选择也可能取决于你使用的前端库对哪种技术的支持更好。

部署与运维建议

• 混合部署策略: > “将你的核心应用部署在 WSGI 上，就像你现在做的一样，然后只将你的异步代码放在一个旁路的 ASGI 应用中。” 这种方式可以利用 WSGI 的稳定性和成熟生态，同时将异步功能的风险隔离。
• 全面测试: 异步应用的问题常常出在部署环境上，而非代码本身。必须彻底测试整个堆栈：
  • 负载均衡器 (Load Balancer): 是否正确配置了长连接支持？
  • Web 服务器 (Web Server): HTTP 版本是否正确？WebSocket 升级是否正常？
  • 空闲超时 (Idle Timeout): 检查各层（负载均衡器、反向代理）的连接超时设置。一个常见的陷阱是空闲连接被过早断开。
• 使用心跳机制 (Heartbeats): 为了防止空闲连接被网络设备断开，可以定期（例如每 20 秒）从服务器发送一个小的“心跳”消息，以保持连接活跃。

结论

演讲的最后，Carlton Gibson 鼓励开发者们拥抱并享受探索异步编程的乐趣。Async Django 提供了强大的能力，开发者可以从低风险、高回报的模式（如聚合视图）开始尝试，逐步为自己的应用添加更高级的实时功能。