Python并行编程(六)：多线程同步之queue(队列)实现生产者-消费者模型

方便的队列

当我们处理多线程的资源共享时，线程模块的管理会变得很复杂。我们已经看到了，Python线程模块提供了很多同步原语，包括锁、信号量、条件变量、事件等。虽然有这么多的选择，但是使用队列可能会是管理线程同步的最佳拍档。队列使用起来很容易，因为该模块提供了同步的,安全的对序列,包括FIFO（先入先出)队列Queue，LIFO（后入先出）队列LifoQueue，和优先级队列PriorityQueue.这些队列都实现了锁原语，能够在多线程中直接使用。可以使用队列来实现线程间的通信：
Queue模块中的常用方法:

• Queue.qsize()：返回队列的大小
• Queue.empty()：如果队列为空，返回True,反之False
• Queue.full()：如果队列满了，返回True,反之False
• Queue.full：与 maxsize 大小对应
• Queue.get([block[, timeout]])：获取队列，timeout等待时间
• Queue.get_nowait() ：相当Queue.get(False)
• Queue.put(item)：写入队列，timeout等待时间
• Queue.put_nowait(item)：相当Queue.put(item, False)
• Queue.task_done()：在完成一项工作之后，Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号
• Queue.join()：实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

生产者-消费者模型

利用队列实现生产者-消费者模型：

import threading
import queue
import random
import time

# 创建一个队列
q = queue.Queue()

# 假定商品序号
item = 0


def produecr():
    global item
    while True:
        time.sleep(1)
        item = random.randint(1, 10)
        # 将一个“商品”推到队列中
        q.put(item)
        print('producer {}th gooos append to q.'.format(item))
        time.sleep(1)


def consumer():
    while True:
        # 在队列中删除一个“商品”，并返回该“商品”
        item = q.get()
        print(threading.currentThread().getName() +
              'consumer get {}th goods from q.'.format(item))
        q.task_done()


if __name__ == "__main__":
    threads_consumr = []
    for i in range(3):
        t = threading.Thread(target=consumer)
        t.start()
        threads_consumr .append(t)

    thread_producer = threading.Thread(target=produecr)
    thread_producer.start()
    q.join()
    for t in threads_consumr:
        t.join()
    thread_producer.join()

运行截图如下：

运行结果

我们可以看到队列的使用适用于这种经常发生的场景：比如当有成千上万那的数据亟待处理，然后每次取出一条数据进行处理，如何利用多线程分配处理任务加快处理效率呢？
我们可以将数据进行分割然后交给多个线程去跑，可是这并不是一个明智的做法。在这里我们可以使用队列与线程相结合的方式进行任务分配。
可以利用队列线程的思想： 首先创建一个全局共享的队列，队列中只存在有限个元素，并将所有的数据逐条加入到队列中，并调用队列的join函数进行等待。之后便可以开启若干线程，线程的任务就是不断的从队列中取数据进行处理就可以了。