Python 3.14 异步编程小课
学生信息查询的异步需求
查询一个学生的基础信息、课程和积分，需要等待多个接口。顺序查询会累积等待时间；同时发出大量请求，又会遇到并发过多、超时和资源释放的问题。
整套课从一个同步查询脚本开始，逐步完成带并发控制、缓存和后台任务的小型异步学生信息服务。每章围绕当前案例遇到的问题，先运行最小示例，再完善查询流程。
课程以 Python 3.14 为运行和讲解基准。主线使用本地 HTTP 服务和模拟数据库、Redis，无需安装真实数据库或 Redis 服务。第 8 章的真实异步客户端示例属于选学，需要额外依赖，真实 Redis 示例还需要运行 Redis 服务。
案例用于教学与服务原型。后台队列位于当前进程内，重启可能丢失未处理任务，不承担关键业务的可靠投递。
适用人群与前置知识
适合下面几类同学：
- 已经会 Python 基础语法，但还没真正写过异步代码。
- 接触过
async、await，需要把它们组织成可运行的程序。 - 想学 FastAPI、异步 HTTP 和异步服务开发，需要补齐前置知识。
开始前应熟悉普通函数、列表、字典、for 循环和异常处理。如果这些基础还不稳，建议先补基础再跟练。
学习路径与章节导航
建议按章节顺序学习：第 1～5 章建立 asyncio 基础，第 6 章接入 HTTP 请求，第 7～10 章逐步完成 Web 接口、存储与后台处理。
| 章节 | 解决的问题与练习目标 |
|---|---|
| 第 1 章：异步编程与 I/O 等待 | 对比顺序与并发等待，判断异步适合的 I/O 场景。 |
| 第 2 章：异步程序入口与协程等待 | 用 asyncio.run() 启动异步程序，理解异步函数与 await。 |
第 3 章：并发任务组织：gather() 与 TaskGroup | 同时查询多类学生信息，组织并发任务与失败处理。 |
第 4 章：Semaphore 与并发控制 | 控制同时执行的任务数量，避免无节制并发。 |
| 第 5 章：异步任务的超时、异常与取消 | 限制等待时间，处理异常并正确传播取消。 |
| 第 6 章：异步 HTTP 请求与客户端复用 | 使用 httpx.AsyncClient 请求本地学生服务，复用客户端并处理请求失败。 |
| 第 7 章：FastAPI 异步接口与阻塞调用 | 将查询流程接入 Web 接口，识别同步阻塞调用并管理共享客户端。 |
| 第 8 章：异步数据库与 Redis 缓存 | 减少重复查询，管理数据库连接与应用级共享资源。 |
| 第 9 章：异步队列、生产者与消费者 | 将日志、统计和通知移交后台，处理队列积压与消费者退出。 |
| 第 10 章：异步学生信息服务综合实践 | 整合前面的能力，完成带统一响应和调试接口的小型异步服务。 |
环境准备与代码运行
Python 环境与依赖
先安装 uv。只看课程网页的学员，在自己的电脑上创建一个课程练习目录，再进入其中执行：
mkdir _code_async
cd _code_async
uv init --bare --no-workspace --name async-programming-course --python 3.14
uv add fastapi httpx uvicorn
uv run python --version输出应为 Python 3.14.x。后续命令都从本地 _code_async 目录执行。
示例保存与启动
每章的完整代码直接显示在页面中。按页面标注的文件名保存到本地 _code_async/cNN_topic/，再运行紧跟代码的命令。
例如，第 1 章的单文件示例保存在 _code_async/c01_why_async_programming/；独立演示使用 NN_topic.py 命名。多文件演示使用 NN_topic/ 目录，以 main.py 为入口，配套文件保存到同一案例目录。实际文件名以章节标注为准。
需要两个服务的案例，打开两个终端，均进入 _code_async 目录，先按终端 A 的命令启动学生服务，再按终端 B 的命令启动聚合服务。切换案例前停止旧服务，避免 8000、8001 端口冲突。
学习验收与练习方式
每次先学一章：阅读需求和概念，运行示例，观察结果，再完成练习。每章至少修改一次参数或处理分支，核对变化后恢复原代码。
学完整套课，应能用运行结果验证这些能力：
- 对比顺序与并发查询的耗时，解释异步适用的场景。
- 控制并发数量，处理超时、异常和取消。
- 通过 FastAPI 查询学生信息，识别会阻塞事件循环的调用。
- 通过查询日志与返回字段验证缓存命中，并确认连接归还和客户端关闭。
- 核对后台任务记录，观察队列背压与消费者退出。
- 独立运行综合服务，借助响应字段和调试接口定位问题。
不要只核对程序是否启动。耗时变化、返回字段、失败结果和关闭日志，都是每章需要观察的学习结果。
下载课程代码
下载 Python 3.14 异步编程课程代码（ZIP）。解压后进入 _code_async 目录，执行 uv sync 安装依赖，再按章节运行示例。