Python如何通过队列实现进程间通信(python,开发技术)

一、前言

在多进程中，每个进程之间是什么关系呢？其实每个进程都有自己的地址空间、内存、数据栈以及其他记录其运行状态的辅助数据。下面通过一个例子，验证一下进程之间能否直接共享信息。

定义一个全局变量g_num，分别创建2个子进程对g_num执行不同的操作，并输出操作后的结果。

代码如下：

#_*_coding:utf-8_*_frommultiprocessingimportProcessdefplus():print("-------子进程1开始----------")globalg_numg_num+=50print("g_numis%d"%g_num)print("-------子进程1结束----------")defminus():print("-------子进程2开始----------")globalg_numg_num-=50print("g_numis%d"%g_num)print("-------子进程2结束----------")g_num=100#定义一个全局变量if__name__=="__main__":print("-------主进程开始----------")print("g_numis%d"%g_num)p1=Process(target=plus)#实例化进程p1p2=Process(target=minus)#实例化进程p2p1.start()#开启p1进程p2.start()#开启p2进程p1.join()#等待p1进程结束p2.join()#等待p2进程结束print("-------主进程结束----------")

运行结果如图所示：

上述代码中，分别创建了2个子进程，一个子进程中令g_num加上50，另一个子进程令g_num减去50。但是从运行结果可以看出来，g_num在父进程和2个子进程中的初始值都是100。也就是全局变量g_num在一个进程中的结果，没有传到下一个进程中，即进程之间没有共享信息。

进程间示意图如图所示：

要如何才能实现进程间的通信呢？Python的multiprocessing模块包装了底层的机制，提供了Queue(队列)、Pipes(管道)等多种方式来交换数据。本文将讲解通过队列（Queue）来实现进程间的通信。

二、队列简介

队列（Queue）就是模型仿现实中的排队。例如学生在食堂排队买饭。新来的学生排队到队伍最后，最前面的学生买完饭走开，后面的学生跟上。

可以看出队列有两个特点：

• 新来的学生都排在队尾。

• 最前的学生完成后离队，后面一个跟上。

根据以上特点，可以归纳出队列的结构如图所示：

三、多进程队列的使用

进程之间有时需要通信，操作系统提供了很多机制来实现进程间的通信。可以使用multiprocessing模块的Queue实现多进程之间的数据传递。Queue本身是一个消息队列程序，下面介绍一下Queue的使用。

初始化Queue()对象时（例如：q=Queue(num)）,若括号中没有指定最大可接收的消息数量，或数量为负值，那么就代表可接收的消息数量没有上限（直到内存的尽头）。

Queue的常用方法如下：

Queue.qsize()：返回当前队列包含的消息数量。Queue.empty()：如果队列为空，返回True；返之返回False。Queue.full()：如果队列满了，返回True；反之返回False。Queue.get(block[,timeout])：获取队列中的一条信息，然后将其从队列中移除，block默认值为True。

如果block使用默认值，且没有设置timeout(单位秒)，消息队列为空，此时程序将被阻塞（停在读取状态），直到从消息队列读到消息为止。如果设置了timeout，则会等待timeout秒，若还没有读取任何消息，则抛出“Queue.Empty”异常。

如果block值为False，消息队列为空，则会立刻抛出“Queue.Empty”异常。

Queue.get_nowait()：相当于Queue.get(False)。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)，消息队列如果已经没有空间可以写入，此时程序将被阻塞(停在写入状态)，直到从消息队列腾出空间为止，如果设置了timeout，则会等待timeout秒，若还没有空间，则抛出“Queue.Full”异常。

如果block值为False，消息队列没有空间可写入，则会立刻抛出“Queue.Full”异常

Queue.put_nowait(item)：相当Queue.put(item,False)。

下面，通过一个例子学习一下如何使用processing.Queue。

代码如下：

#_*_coding:utf-8_*_frommultiprocessingimportQueueif__name__=="__main__":q=Queue(3)q.put("消息1")q.put("消息2")print(q.full())#返回Falseq.put("消息3")print(q.full())#返回True#因为消息队列已满，下面的try都会抛出异常#第一个try会等待2秒再抛出异常，第二个try会立刻抛出异常try:q.put("消息4",True,2)except:print("消息队列已满，现有消息数量:%s"%q.qsize())try:q.put_nowait("消息4")except:print("消息队列已满，现有消息数量:%s"%q.qsize())#读取消息时，先判断消息队列是否为空，再读取ifnotq.empty():print("-----从队列中获取消息-------")foriinrange(q.qsize()):print(q.get_nowait())#先判读消息队列是否已满，再写入：ifnotq.full():q.put_nowait("消息4")

运行结果如图所示：

四、使用队列在进程间通信

我们知道使用multiprocessing.Process可以创建多进程，使用multiprocessing.Queue可以实现队列的操作。接下来，通过一个示例结合Process和Queue实现进程间的通信。

创建2个子进程，一个子进程负责向队列中写入数据，另外一个子进程负责从队列中读取数据。为了保证能够正确从队列中读取数据，设置读取数据的进程等待时间为2秒。如果2秒后乃然无法读取数据，则抛出异常。

代码如下：

#_*_coding:utf-8_*_frommultiprocessingimportProcess,Queueimporttime#向队列中写入数据defwrite_task(q):ifnotq.full():foriinrange(5):message="消息"+str(i)q.put(message)print("写入：%s"%message)#从队列中读取数据defread_task(q):time.sleep(1)#休眠1秒whilenotq.empty():print("读取：%s"%q.get(True,2))#等待2秒中，如果没有读取到任何信息，则抛出异常if__name__=="__main__":print("--------父进程开始---------")q=Queue()#父进程创建Queue，并传给各个子进程pw=Process(target=write_task,args=(q,))#实例化写入队列的子进程，并传递给队列pr=Process(target=read_task,args=(q,))#实例化读取队列的子进程，并传递给队列pw.start()#启动子进程pw，写入pr.start()#启动子进程pr，读取pw.join()#等待pw结束pr.join()#等待pr结束print("-------父进程结束-----------")

运行结果如下：