Python 中优雅处理 Ctrl+C 中断：确保数据不丢失的完整方案

Python 信号处理与数据持久化方案

假设有一个业务场景：需要持续从 Redis 队列中拉取数据，并将其写入 MongoDB 数据库。初学者通常会采用如下基础实现方式：

import json 
import redis 
import pymongo 
client = redis.Redis() 
handler = pymongo.MongoClient().example.col 
while True: 
  data_raw = client.blpop('data', timeout=300) 
  if not data_raw: 
    continue 
  data = json.loads(data_raw[1].decode()) 
  handler.insert_one(data) 

然而，这种逐条插入的方式存在显著性能瓶颈。每条数据都会触发一次独立的 MongoDB 连接操作，导致大量时间耗费在网络 I/O 上，效率极低。

为了解决性能问题，常见的优化策略是引入缓冲区，将代码重构为以下形式：

import json 
import redis 
import pymongo 
client = redis.Redis() 
handler = pymongo.MongoClient().example.col 
to_be_insert = [] 
while True: 
  data_raw = client.blpop('data', timeout=300) 
  if not data_raw: 
    continue 
  data = json.loads(data_raw[1].decode()) 
  to_be_insert.append(data) 
  if len(to_be_insert) >= 1000: 
    handler.insert_many(to_be_insert) 
    to_be_insert = [] 

具体做法是累积数据，当缓冲区中的数据量达到 1000 条时，执行一次批量写入操作至 MongoDB。

但这种实现引入了新的风险：假设在程序运行期间需要更新或重启，此时按下 Ctrl+C 强制终止程序。如果此时缓冲区 `to_be_insert` 中尚有 999 条数据，这些记录将从 Redis 中被移除，却未能写入 MongoDB，导致永久丢失。

理想的行为是：当用户按下 Ctrl+C 时，程序停止从 Redis 拉取新数据，但必须先将缓冲区 `to_be_insert` 中的所有剩余数据（无论数量多少）完整写入 MongoDB，随后再安全关闭程序。

要实现这一需求，关键在于让程序在接收到 Ctrl+C 指令后，仍能执行一段清理代码。然而，默认情况下，Ctrl+C 会直接终止进程，因此需要干预这一默认行为。

SIGINT 信号机制与自定义回调

实际上，按下 Ctrl+C 时，Python 解释器会接收到一个名为 `SIGINT` 的系统信号。根据官方文档定义，收到信号后 Python 会调用信号处理函数。默认的处理逻辑是抛出 `KeyboardInterrupt` 异常并终止程序。我们可以通过注册自定义的信号处理函数来覆盖这一默认行为。

使用信号机制需要导入 Python 内置的 `signal` 库。接着，我们需要定义一个信号回调函数，当 Python 接收到特定信号时，该函数将被调用。

基于上述原理，我们对之前的代码进行如下修改：

import signal 
import json 
import redis 
import pymongo 
 
 
client = redis.Redis() 
handler = pymongo.MongoClient().example.col 
stop = False 
 
 
def keyboard_handler(signum, frame): 
  global stop 
  stop = True 
 
 
signal.signal(signal.SIGINT, keyboard_handler) 
 
to_be_insert = [] 
while not stop: 
  data_raw = client.blpop('data', timeout=300) 
  if not data_raw: 
    continue 
  data = json.loads(data_raw[1].decode()) 
  to_be_insert.append(data) 
  if len(to_be_insert) >= 1000: 
    handler.insert_many(to_be_insert) 
    to_be_insert = [] 
 
if to_be_insert: 
  handler.insert_many(to_be_insert) 

在此代码中，我们定义了一个全局变量 `stop`，初始值为 `False`。因此，只要 `stop` 为假，`while not stop` 循环就会持续运行。

我们定义了一个名为 `keyboard_handler` 的函数，其作用是将全局变量 `stop` 修改为 `True`。需要注意的是，在函数内部修改全局变量时，必须使用 `global` 关键字声明该变量，否则解释器会将其视为局部变量，导致修改无效。

当 `stop` 被修改为 `True` 后，`while not stop` 循环条件不再满足，循环终止，程序流程进入后续代码：

if to_be_insert: 
  handler.insert_many(to_be_insert) 

这段代码检查列表是否包含数据，若有，则执行批量插入 MongoDB 的操作，随后程序正常结束。

整段代码的核心在于 `signal.signal(signal.SIGINT, keyboard_handler)` 这一行，它将 `SIGINT` 信号与 `keyboard_handler` 函数绑定。这意味着在程序运行期间的任何时刻，一旦按下 Ctrl+C，程序会立即跳转到 `keyboard_handler` 函数执行。执行完毕后，程序会返回到之前中断的位置继续执行剩余代码。由于我们在回调函数中已将 `stop` 设为 `True`，主循环不会再次执行，从而直接进入最后的收尾逻辑。

纯 Python 与 C 扩展下的行为差异

需要注意的是，如果整个程序完全由 Python 编写，`signal` 可以在程序执行的任何阶段被触发。只要按下 Ctrl+C，系统会立即进入预设的信号回调函数。

然而，如果程序中混合了 C 语言编写的扩展代码，行为可能有所不同。当按下 Ctrl+C 时，Python 可能需要等待当前正在执行的 C 语言代码执行完毕后，才会响应并进入预设的信号回调函数。这可能导致一定的延迟。

总结

以上介绍了在 Python 中通过信号处理机制接管键盘中断（Ctrl+C）的方法，旨在帮助开发者实现数据的优雅保存与程序的安全退出。