生产者与消费者模式

Python的Queue模块中提供了同步的、线程安全的队列类,包括FIFO(先入先出)队列Queue,LIFO(后入先出)队列LifoQueue,和优先级队列PriorityQueue。这些队列都实现了锁原语(可以理解为原子操作,即要么不做,要么就做完),能够在多线程中直接使用。可以使用队列来实现线程间的同步。在python提供的Queue模块中,Queue对象消息队列是已经内置好的安全的队列,也就是说,Queue队列在底层已经封装了互斥锁等功能,线程间的通信不会混乱,而不需要我们手动加锁。

Queue的说明:

1.对于Queue,在多线程通信之间扮演重要的角色

2.添加数据到队列中,使用put()方法

3.从队列中取数据,使用get()方法

4.判断队列中是否还有数据,使用qsize()方法

为什么要使用生产者和消费者模式?

在线程世界里,生产者就是生产数据的线程,消费者就是消费数据的线程。在多线程开发当中,如果生产者处理速度很快,而消费者处理速度很慢,那么生产者就必须等待消费者处理完,才能继续生产数据。同样的道理,如果消费者的处理能力大于生产者,那么消费者就必须等待生产者。为了解决这个问题于是引入了生产者和消费者模式。

什么是生产者消费者模式?

生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。生产者和消费者彼此之间不直接通讯,而通过阻塞队列来进行通讯,所以生产者生产完数据之后不用等待消费者处理,直接扔给阻塞队列,消费者不找生产者要数据,而是直接从阻塞队列里取,阻塞队列就相当于一个缓冲区,平衡了生产者和消费者的处理能力。这个阻塞队列就是用来给生产者和消费者解耦的。纵观大多数设计模式,都会找一个第三者出来进行解耦。

下面模拟一下生产者和消费者模式:

在上述代码中,我们在主线程中生成了一个Queue对象queue消息队列,并初始化在queue中放置了500个产品,接着创建了两个生产者线程和五个消费者线程,并将他们启动,这些线程在开始争夺CPU的使用权时是平等的,几乎同时的,结果是不可预估的,在生产者和消费者线程中,我们都加入了一个判断,用来保证队列中的产品不能过多,也不能让为空,需要维持在一定的水平,才能保证生产和消费的的操作能够有序不间断不会阻塞的进行,秉着队列先进先出的原则,我们知道消费者首先消费的一定是初始化的500个产品,当把这500个产品消费完毕之后才会消费生产者创造的产品,生产和消费的顺序无法确定,取决于操作系统的调度算法,但我们可以肯定的是,不会发生生产者和消费者同时对queue队列进行操作从而造成数据混乱的情况,这是Queue对象的一大特色,在这样的情况下线程可以有序地对消息队列进行操作,保证了线程安全。

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