Python生产者与消费者模型中的优势介绍

Rose ·

更新时间:2024-11-13

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multiprocessing-Queue实现

multiprocessing-JoinableQueue实现

生产者消费者模型具体来讲，就是在一个系统中，存在生产者和消费者两种角色，他们通过内存缓冲区进行通信，生产者生产消费者需要的资料，消费者把资料做成产品，从而消耗掉生产的数据。达到供需平衡，不能生产多了浪费，也不能需要消耗资源的时候没有。

multiprocessing-Queue实现

from  multiprocessing import Process,Queue  #多进程组件,队列
import time,random  
#生产者方法
def producer(name,food,q):
    for i in  range(4):
        time.sleep(random.randint(1,3)) #模拟获取数据时间
        f = '%s生产的%s%s'%(name,food,i)
        print(f)
        q.put(f) #添加进队列
#消费者方法
def consumer(q,name):
    while True:
        food = q.get() #如果获取不到，会一直阻塞进程不会结束子进程
        # 当队列中的数据是None的时候结束while循环
        if food is None:
            print('%s获取到一个空'%name)
            break
        f = '\033[31m%s消费了%s\033[0m' % (name, food)
        print(f)
        time.sleep(random.randint(1,3)) # 模拟消耗数据时间
if __name__ == '__main__':
    q = Queue()  # 创建队列
    # 模拟生产者 生产数据
    p = Process(target=producer, args=('p', '包子', q)) #创建进程
    p.start() #启动进程
    p1 = Process(target=producer, args=('p1', '烧饼', q))
    p1.start()
   #模拟消费者消费数据
    c = Process(target=consumer, args=(q, 'c'))
    c.start()
    c1 = Process(target=consumer, args=(q, 'c1'))
    c1.start()
    p.join()#阻塞主进程 直到p和p1 子进程结束后才执行q.put() 方法
    p1.join()#阻塞主进程 直到p和p1 子进程结束后才执行q.put() 方法
    #为了确保生产者生产完所有数据后，
    #最后一个是None,方便结束子进程中的while循环,
    #否则会一直等待队列中加入新数据。
    q.put(None)
    q.put(None)

使用Queue组件实现的缺点就是，实现了多少个消费者consumer进程，就需要在最后往队列中添加多少个None标识，方便生产完毕结束消费者consumer进程。否则，p.get() 不到任务会阻塞子进程，因为while循环，直到队列q中有新的任务加进来，才会再次执行。而我们的生产者只能生产这么多东西，所以相当于程序卡死。

multiprocessing-JoinableQueue实现

from multiprocessing import JoinableQueue,Process
import time,random
#生产者方法
def producer(name,food,q):
    for i in range(4):
        time.sleep(random.randint(1, 2))
        f = '%s生产的%s%s'%(name,food,i)
        q.put(f)
        print(f)
    q.join()  #一直阻塞，等待消耗完所有的数据后才释放
#消费者方法
def consumer(name,q):
    while True:
        food = q.get()
        print('\033[31m%s消费了%s\033[0m' % (name, food))
        time.sleep(random.randint(4,8))
        q.task_done() #每次消耗减1
if __name__ == '__main__':
    q = JoinableQueue()  #创建队列
    #模拟生产者队列
    p1 = Process(target=producer,args=('p1','包子',q))
    p1.start()
    p2 = Process(target=producer,args=('p2','烧饼',q))
    p2.start()
    #模拟消费者队列
    c1 = Process(target=consumer,args=('c1',q))
    c1.daemon = True #守护进程：主进程结束，子进程也会结束
    c1.start()
    c2 = Process(target=consumer,args=('c2',q))
    c2.daemon = True
    c2.start()
    p1.join() #阻塞主进程，等到p1子进程结束才往下执行
    p2.join()
    # q.task_done() 每次消耗队列中的 任务数减1
    # q.join() 一直阻塞，等待队列中的任务数消耗完才释放
    # 因为有 q.join 所有一直会等待 c1,c2 消耗完毕。才会执行 p.join 后面的代码
    # 因为 c1 c2 是守护进程，所以到这一步主进程代码执行完毕，主进程会释放死掉，
    # 所以 c1 c2 也会跟随 主进程释放死掉。

使用JoinableQueue组件，是因为JoinableQueue中有两个方法：task_done()和join() 。首先说join()和Process中的join()的效果类似，都是阻塞当前进程，防止当前进程结束。但是JoinableQueue的join()是和task_down()配合使用的。
Process中的join()是等到子进程中的代码执行完毕，就会执行主进程join()下面的代码。而JoinableQueue中的join()是等到队列中的任务数量为0的时候才会执行q.join()下面的代码，否则会一直阻塞。
task_down()方法是每获取一次队列中的任务，就需要执行一次。直到队列中的任务数为0的时候，就会执行JoinableQueue的join()后面的方法了。所以生产者生产完所有的数据后，会一直阻塞着。不让p1和p2进程结束。等到消费者get()一次数据，就会执行一次task_down()方法，从而队列中的任务数量减1,当数量为0后，执行JoinableQueue的join()后面代码,从而p1和p2进程结束。
因为p1和p2添加了join()方法，所以当子进程中的consumer方法执行完后，才会往下执行。从而主进程结束。因为这里把消费者进程c1和c2 设置成了守护进程，主进程结束的同时，c1和c2 进程也会随之结束，进程都结束了。所以消费者consumer方法也会结束。