Python 多进程中,Queue 和 Pipe 提供进程间安全通信。Queue 依赖锁和缓冲区,保障数据原子性和有序性;Pipe 实现点对点单/双向数据流。二者内置序列化,简化交换流程,确保一致性与安全性高效。
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该文档是一份关于 并行计算 和 Python 并发编程 的学习指南,内容涵盖了并行计算的基本概念、Python 多线程编程、多进程编程以及协程编程的核心知识点:
进程彼此之间互相隔离,要实现进程间通信(IPC),multiprocessing 模块支持两种形式:队列(queue)和管道(pipe)。
Queue([maxsize])
返回一个进程共享的队列,是线程安全的,也是进程安全的。任何可序列化的对象(Python 通过 pickable
模块序列化对象)都可以通过它进行交换,(maxsize
是队列中允许最大项数,省略则无大小限制)。
其主要方法包括:
方法 | 作用 |
---|---|
Put() | 用以插入数据到队列中,put 方法还有两个可选参数:blocked 和 timeout。① 如果 blocked 为 True(默认值),并且 timeout 为正值,该方法会阻塞 timeout 指定的时间,直到该队列有剩余的空间。如果超时,会抛出 Queue.Full 异常。② 如果 blocked 为 False,但该 Queue 已满,会立即抛出 Queue.Full 异常。 |
get() | 可以从队列读取并且删除一个元素。同样,get 方法有两个可选参数:blocked 和 timeout。① 如果 blocked 为 True(默认值),并且 timeout 为正值,那么在等待时间内没有取到任何元素,会抛出 Queue.Empty 异常。② 如果 blocked 为 False,有两种情况存在,如果 Queue 有一个值可用,则立即返回该值,否则,如果队列为空,则立即抛出 Queue.Empty 异常. |
get_nowait() | 同 q.get(False) |
put_nowait() | 同 q.put(False) |
empty() | 调用此方法时 q 为空则返回 True,该结果不可靠,比如在返回 True 的过程中,如果队列中又加入了项目。 |
full() | 调用此方法时 q 已满则返回 True,该结果不可靠,比如在返回 True 的过程中,如果队列中的项目被取走。 |
qsize() | 返回队列中目前项目的正确数量,结果也不可靠,理由同 q.empty()和 q.full()一样。 |
cancel_join_thread() | 不会在进程退出时自动连接后台线程。可以防止 join_thread()方法阻塞 |
close() | 关闭队列,防止队列中加入更多数据。调用此方法,后台线程将继续写入那些已经入队列但尚未写入的数据,但将在此方法完成时马上关闭。如果 q 被垃圾收集,将调用此方法。关闭队列不会在队列使用者中产生任何类型的数据结束信号或异常。例如,如果某个使用者正在被阻塞在 get()操作上,关闭生产者中的队列不会导致 get()方法返回错误。 |
join_thread() | 连接队列的后台线程。此方法用于在调用 q.close()方法之后,等待所有队列项被消耗。默认情况下,此方法由不是 q 的原始创建者的所有进程调用。调用 q.cancel_join_thread 方法可以禁止这种行为 |
在下面的例子中, Producer 类生产 item 放到队列中,然后 Consumer 类从队列中移除它们。
import multiprocessing
import random
import time
class Producer(multiprocessing.Process):
def __init__(self, queue):
multiprocessing.Process.__init__(self)
self.queue = queue
def run(self):
for i in range(10):
item = random.randint(0, 256)
self.queue.put(item)
print("Process Producer : item %d appended to queue %s" % (item, self.name))
time.sleep(1)
print("The size of queue is %s" % self.queue.qsize())
class Consumer(multiprocessing.Process):
def __init__(self, queue):
multiprocessing.Process.__init__(self)
self.queue = queue
def run(self):
while True:
if self.queue.empty():
print("the queue is empty")
break
else:
time.sleep(2)
item = self.queue.get()
print('Process Consumer : item %d popped from by %s n' % (item, self.name))
time.sleep(1)
if __name__ == '__main__':
queue = multiprocessing.Queue()
process_producer = Producer(queue)
process_consumer = Consumer(queue)
process_producer.start()
process_consumer.start()
process_producer.join()
process_consumer.join()
此代码的缺点是在慢生产快消费的情况下主进程会提前结束,其中一种解决方式是让生产者在生产完毕后,往队列中再发一个结束信号,这样消费者在接收到结束信号后就可以 break 出死循环。
但是又出现一个新问题,在有多个生产者和多个消费者时,有几个消费者就需要发送几次结束信号,十分麻烦。其实我们的思路无非是发送结束信号而已,有另外一种队列提供了这种机制。
队列还有一个 JoinableQueue
子类,它有以下两个额外的方法:
get()
方法从队列取回 item
之后调用,表示 q.get()
的返回项目已经被处理。如果调用此方法的次数大于从队列中删除项目的数量,将引发 ValueError
异常。task_done()
方法为止。示例代码如下:
from multiprocessing import Process,JoinableQueue
import time,random,os
def consumer(q):
while True:
res=q.get()
time.sleep(random.randint(1,3))
print('
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