Python进程通信之Queue

朱雀 2022-11-27 00:45 204阅读 0赞

前言：Process之间有时需要通信，操作系统提供了很多机制来实现进程间的通信。本博文主要讲解：进程间通信的`Queue`。

友情链接：

1.  [Python多进程中的multiprocessing][Python_multiprocessing]
2.  [Python多进程中的fork][Python_fork]
3.  [Python并发编程之进程池][Python]

### 文章目录 ###

*   *  一、Queue的使用
     *  二、Queue的实例
     *  三、进程池中的Queue

## 一、Queue的使用 ##

我们可以使用`multiprocessing`模块的`Queue`实现多进程之间的数据传递，`Queue`本身是一个消息列队程序，首先用一个小实例来演示一下Queue的工作原理：

from multiprocessing import Queue
    
    q = Queue(3)  # 初始化一个Queue对象，最多可接收三条put消息
    q.put("消息1")
    q.put("消息2")
    print(q.full())  # False
    q.put("消息3")
    print(q.full())  # True
    
    # 因为消息列队已满下面的try都会抛出异常，第一个try会等待2秒后再抛出异常，第二个Try会立刻抛出异常
    try:
        q.put("消息4", True, 2)
    except:
        print("消息列队已满，现有消息数量:%s" % q.qsize())
    
    try:
        q.put_nowait("消息4")
    except:
        print("消息列队已满，现有消息数量:%s" % q.qsize())
    
    # 推荐的方式，先判断消息列队是否已满，再写入
    if not q.full():
        q.put_nowait("消息4")
    
    # 读取消息时，先判断消息列队是否为空，再读取
    if not q.empty():
        for i in range(q.qsize()):
            print(q.get_nowait())

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MDM0Mzg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_left]  
初始化`Queue()`对象时（例如：`q = Queue()`），若括号中没有指定最大可接收的消息数量或数量为负值，那么就代表可接受的消息数量没有上限（直到内存的尽头）。

1.  `Queue.qsize()`：返回当前队列包含的消息数量；
2.  `Queue.empty()`：如果队列为空，返回True，反之False ；
3.  `Queue.full()`：如果队列满了，返回True,反之False；
4.  `Queue.get([block[, timeout]])`：获取队列中的一条消息，然后将其从列队中移除，block默认值为True；

>  *  如果`block`使用默认值，且没有设置timeout（单位秒），消息列队如果为空，此时程序将被阻塞（停在读取状态），直到从消息列队读到消息为止，如果设置了timeout，则会等待timeout秒，若还没读取到任何消息，则抛出"Queue.Empty"异常；
>  *  如果`block`值为False，消息列队如果为空，则会立刻抛出"Queue.Empty"异常；

1.  `Queue.get_nowait()`：相当Queue.get(False)；
2.  `Queue.put(item,[block[, timeout]])`：将item消息写入队列，block默认值为True；

>  *  如果`block`使用默认值，且没有设置timeout（单位秒），消息列队如果已经没有空间可写入，此时程序将被阻塞（停在写入状态），直到从消息列队腾出空间为止，如果设置了timeout，则会等待timeout秒，若还没空间，则抛出"Queue.Full"异常；
>  *  如果`block`值为False，消息列队如果没有空间可写入，则会立刻抛出"Queue.Full"异常；

1.  `Queue.put_nowait(item)`：相当Queue.put(item, False)；

## 二、Queue的实例 ##

我们以`Queue`为例，在父进程中创建两个子进程，一个往`Queue`里写数据，一个从`Queue`里读数据：

from multiprocessing import Process, Queue
    import os, time, random
    
    # 写数据进程执行的代码:
    def write(q):
        for value in ['A', 'B', 'C']:
            print("Put %s to queue..." % value)
            q.put(value)
            time.sleep(random.random())
    
    # 读数据进程执行的代码:
    def read(q):
        while True:
            if not q.empty():
                value = q.get(True)
                print("Get %s from queue." % value)
                time.sleep(random.random())
            else:
                break
    
    if __name__=='__main__':
        # 父进程创建Queue，并传给各个子进程：
        q = Queue()
        pw = Process(target=write, args=(q,))
        pr = Process(target=read, args=(q,))
        # 启动子进程pw，写入:
        pw.start()
        # 等待pw结束:
        pw.join()
        # 启动子进程pr，读取:
        pr.start()
        pr.join()
        # pr进程里是死循环，无法等待其结束，只能强行终止:
        print("所有数据都写入并且读完")

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MDM0Mzg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_left 1]

## 三、进程池中的Queue ##

如果要使用`Pool`创建进程池，就需要使用`multiprocessing.Manager()`中的`Queue()`，而不是`multiprocessing.Queue()`，否则会得到一条如下的错误信息：

RuntimeError: Queue objects should only be shared between processes through inheritance.

下面的实例演示了进程池中的进程如何通信：

# 修改import中的Queue为Manager
    from multiprocessing import Manager, Pool
    import os, time, random
    
    
    def reader(q):
        print("reader启动(%s),父进程为(%s)" % (os.getpid(), os.getppid()))
        for i in range(q.qsize()):
            print("reader从Queue获取到消息：%s" % q.get(True))
    
    
    def writer(q):
        print("writer启动(%s),父进程为(%s)" % (os.getpid(), os.getppid()))
        for i in "dongGe":
            q.put(i)
    
    
    if __name__ == "__main__":
        print("(%s) start" % os.getpid())
        q = Manager().Queue()  # 使用Manager中的Queue来初始化
        po = Pool()
        # 使用阻塞模式创建进程，这样就不需要在reader中使用死循环了，可以让writer完全执行完成后，再用reader去读取
        po.apply(writer, (q,))
        po.apply(reader, (q,))
        po.close()
        po.join()
        print("(%s) End" % os.getpid())

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MDM0Mzg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_left 2]

[Python_multiprocessing]: https://blog.csdn.net/qq_44034384/article/details/107885692
[Python_fork]: https://luckylifes.blog.csdn.net/article/details/107850251
[Python]: https://blog.csdn.net/qq_44034384/article/details/107902084
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0MDM0Mzg0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_left]: /images/20221124/3d479ec93bc747fb96da344b67cac033.png
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