Python中的协程异常传播与错误处理机制

问题描述
在异步编程中，协程任务的异常处理与同步代码有显著差异。当一个协程中抛出异常时，异常会如何传播？如何捕获异步任务链中的异常？asyncio提供了哪些机制来管理协程错误？

逐步讲解

1. 协程内异常的直接传播
   当协程函数内部抛出异常时，异常会首先在协程内部向上层传播。若未在协程内被捕获，异常会传递给调用该协程的代码（如await语句处）。例如：

   async def faulty_task():
       raise ValueError("协程内部错误")
   
   async def main():
       try:
           await faulty_task()  # 异常在此处被捕获
       except ValueError as e:
           print(f"捕获到异常: {e}")
   

   此处异常通过await机制从被调协程传播到调用协程。

2. 任务（Task）包装与异常隔离
   当使用asyncio.create_task()将协程包装为任务时，异常会被隔离在任务内部，不会立即传播。任务的异常需通过task.exception()或await task来获取：

   async def main():
       task = asyncio.create_task(faulty_task())
       await asyncio.sleep(0.1)  # 给任务执行时间
       if task.done() and not task.cancelled():
           if exc := task.exception():  # 主动检索异常
               print(f"任务异常: {exc}")
   

   若直接await task，异常会重新抛出到当前协程。

3. 并发任务组的异常处理策略

   • asyncio.gather()：默认情况下，任意任务失败会立即抛出异常，但其他任务继续执行。可通过return_exceptions=True将异常作为结果返回：

     async def main():
         results = await asyncio.gather(
             faulty_task(),
             asyncio.sleep(1),
             return_exceptions=True  # 异常变为结果项
         )
         for r in results:
             if isinstance(r, Exception):
                 print("捕获到并发任务异常:", r)
     

   • asyncio.wait()：需通过done集合手动检查每个任务的异常：

     async def main():
         done, pending = await asyncio.wait([faulty_task()], return_when=asyncio.ALL_COMPLETED)
         for task in done:
             if exc := task.exception():
                 print("任务异常:", exc)
     

4. 协程链中的异常穿透性
   若协程A调用协程B，B的异常会穿透到A，除非在B内部或A的await处捕获。未捕获的异常会最终传递给事件循环，导致程序终止（可通过loop.set_exception_handler()设置全局异常处理）。

5. 取消操作（Cancellation）的特殊性
   协程被取消时抛出asyncio.CancelledError，该异常继承自BaseException而非Exception，因此通常的except Exception不会捕获它。需显式处理取消逻辑：

   async def robust_task():
       try:
           await asyncio.sleep(10)
       except asyncio.CancelledError:
           print("任务被取消，执行清理操作")
           raise  # 通常需重新抛出以确保任务状态更新
   

6. 最佳实践：嵌套协程的错误边界
   在复杂异步代码中，应在关键层级设置错误边界，避免异常扩散：

   async def safe_wrapper(coro):
       try:
           return await coro
       except Exception as e:
           print(f"安全包装器捕获异常: {e}")
           return None
   
   async def main():
       # 即使inner_task失败，main()仍可继续执行
       result = await safe_wrapper(faulty_task())
   

总结
协程异常通过await调用链传播，任务包装会延迟异常暴露。处理并发任务时需根据gather或wait的策略选择异常处理方式。取消操作需单独处理，且建议通过包装器或全局处理器建立错误边界，确保异步程序的健壮性。