Python Queue模块详解:创建、操作与多线程应用
本文详解Python中Queue模块的核心用法,涵盖FIFO、LIFO及优先级队列的创建与区别。深入解析put()与get()方法的block参数对线程阻塞行为的影响,并列举qsize、empty等常用状态检查方法。最后通过生产者-消费者多线程示例,展示如何在实际开发中利用Queue实现线程间数据交换与同步。
在Python程序中,队列是线程间交换数据最常用的机制。Queue模块提供了这一功能,尽管其接口简洁易用,但若使用不当,仍可能引发一些意外情况。
创建队列对象需导入Queue模块并实例化Queue类。例如:import Queue; q = Queue.Queue(maxsize=10)。Queue类实现了同步队列,其长度可设为无限或指定最大值。通过构造函数的maxsize参数控制长度,若该值小于1,则代表队列长度无限制。
向队列插入数据使用put()方法,如q.put(10)。该方法在队尾添加元素,包含两个参数:item为必填项,表示插入的值;block为可选参数,默认为1。当队列为空且block为1时,put()会阻塞调用线程,直到队列中有可用空间;若block设为0,且队列已满,则直接抛出Full异常。
从队列取出数据使用get()方法,如q.get()。该方法从队头移除并返回一个元素。其block参数默认为True。若队列为空且block为True,get()会阻塞线程直至有元素可用;若block为False且队列为空,则抛出Empty异常。
Python Queue模块提供三种队列类型及其构造函数:1. FIFO队列(先进先出),类名为Queue.Queue(maxsize);2. LIFO队列(后进先出,类似堆栈),类名为Queue.LifoQueue(maxsize);3. 优先级队列,级别越低越优先出队,类名为Queue.PriorityQueue(maxsize)。
Queue对象(q = Queue.Queue())常用方法包括:q.qsize()返回队列当前大小;q.empty()判断队列是否为空,空则返回True,否则False;q.full()判断队列是否已满,满则返回True,否则False,其状态与maxsize参数对应;q.get([block[, timeout]])获取元素,支持阻塞及超时设置;q.get_nowait()等效于q.get(False),即非阻塞获取;q.put(item)写入元素,支持阻塞及超时;q.put_nowait(item)等效于q.put(item, False),即非阻塞写入;q.task_done()用于标记某项任务已完成,向队列发送完成信号;q.join()阻塞直到队列中所有已处理的任务均收到task_done()信号后才继续执行。
示例场景:实现一个线程持续生成随机数并存入队列(建议使用Queue模块);另一个线程从队列中不断取出奇数;第三个线程从队列中不断取出偶数。
#!/usr/bin/env python
#coding:utf8
import random,threading,time
from Queue import Queue
#Producer thread
class Producer(threading.Thread):
def __init__(self, t_name, queue):
threading.Thread.__init__(self,name=t_name)
self.data=queue
def run(self):
for i in range(10): #随机产生10个数字 ,可以修改为任意大小
randomnum=random.randint(1,99)
print "%s: %s is producing %d to the queue!" % (time.ctime(), self.getName(), randomnum)
self.data.put(randomnum) #将数据依次存入队列
time.sleep(1)
print "%s: %s finished!" %(time.ctime(), self.getName())
#Consumer thread
class Consumer_even(threading.Thread):
def __init__(self,t_name,queue):
threading.Thread.__init__(self,name=t_name)
self.data=queue
def run(self):
while 1:
try:
val_even = self.data.get(1,5) #get(self, block=True, timeout=None) ,1就是阻塞等待,5是超时5秒
if val_even%2==0:
print "%s: %s is consuming. %d in the queue is consumed!" % (time.ctime(),self.getName(),val_even)
time.sleep(2)
else:
self.data.put(val_even)
time.sleep(2)
except: #等待输入,超过5秒 就报异常
print "%s: %s finished!" %(time.ctime(),self.getName())
break
class Consumer_odd(threading.Thread):
def __init__(self,t_name,queue):
threading.Thread.__init__(self, name=t_name)
self.data=queue
def run(self):
while 1:
try:
val_odd = self.data.get(1,5)
if val_odd%2!=0:
print "%s: %s is consuming. %d in the queue is consumed!" % (time.ctime(), self.getName(), val_odd)
time.sleep(2)
else:
self.data.put(val_odd)
time.sleep(2)
except:
print "%s: %s finished!" % (time.ctime(), self.getName())
break
#Main thread
def main():
queue = Queue()
producer = Producer('Pro.', queue)
consumer_even = Consumer_even('Con_even.', queue)
consumer_odd = Consumer_odd('Con_odd.',queue)
producer.start()
consumer_even.start()
consumer_odd.start()
producer.join()
consumer_even.join()
consumer_odd.join()
print 'All threads terminate!'
if __name__ == '__main__':
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