Queue同步队列类在python中的应用

在python的threading模块学习中，会接触到Queue同步队列的使用。这篇文章将详细介绍Queue。

Queue模块实现了多生产者、多消费者队列。它特别适用于信息必须在多个线程间安全地交换的多线程程序中。这个模块中的Queue类实现了所有必须的锁语义。它依赖于Python中线程支持的可用性；参见threading模块。

模块实现了三类队列，主要差别在于取得数据的顺序上。在FIFO（First In First Out，先进先出）队列中，最早加入的任务会被最先得到。在LIFO（Last In First Out，后进先出）队列中，最后加入的任务会被最先得到（就像栈一样）。在优先队列中，任务被保持有序（使用heapq模块），拥有最小值的任务（优先级最高）被最先得到。

Queue模块定义了下列类和异常：

class Queue.Queue(maxsize=0)

构造一个FIFO队列。maxsize是个整数，指明了队列中能存放的数据个数的上限。一旦达到上限，插入会导致阻塞，直到队列中的数据被消费掉。如果maxsize小于或者等于0，队列大小没有限制。

class Queue.LifoQueue(maxsize=0)

构造一个LIFO队列。maxsize是个整数，指明了队列中能存放的数据个数的上限。一旦达到上限，插入会导致阻塞，直到队列中的数据被消费掉。如果maxsize小于或者等于0，队列大小没有限制。

class Queue.PriorityQueue(maxsize=0)

构造一个优先队列。maxsize是个整数，指明了队列中能存放的数据个数的上限。一旦达到上限，插入会导致阻塞，直到队列中的数据被消费掉。如果maxsize小于或者等于0，队列大小没有限制。

拥有最小值的任务会被最先得到（sorted(list(entries))[0]的返回值即为拥有最小值的任务）。任务的典型模式就是如(priority_number, data)这样的元组。

exception Queue.Empty

在空的Queue对象上调用非阻塞的get()（或者get_nowait()）会抛出此异常。

exception Queue.Full

在满的Queue对象上调用非阻塞的put()（或者put_nowait()）会抛出此异常。

Queue对象

Queue对象（Queue、LifoQueue和PriorityQueue）提供了下述的公共方法。

Queue.qsize()

返回队列的近似大小。注意，队列大小大于0并不保证接下来的get()调用不会被阻塞，队列大小小于maxsize也不保证接下来的put()调用不会被阻塞。

Queue.empty()

如果队列为空返回True，否则返回False。如果empty()返回True并不保证接下来的put()调用不会被阻塞。类似的，如果empty()返回False也不能保证接下来的get()调用不会被阻塞。

Queue.full()

如果队列是满的返回True，否则返回False。如果full()返回True并不能保证接下来的get()调用不会被阻塞。类似的，如果full()返回False并不能保证接下来的put()调用不会被阻塞。

Queue.put(item[, block[, timeout]])

将item放入队列中。如果可选的参数block为真且timeout为空对象（默认的情况，阻塞调用，无超时），如有必要（比如队列满），阻塞调用线程，直到有空闲槽可用。如果timeout是个正整数，阻塞调用进程最多timeout秒，如果一直无空闲槽可用，抛出Full异常（带超时的阻塞调用）。如果block为假，如果有空闲槽可用将数据放入队列，否则立即抛出Full异常（非阻塞调用，timeout被忽略）。

Queue.put_nowait(item)

等同于put(item, False)（非阻塞调用）。

Queue.get([block[, timeout]])

从队列中移除并返回一个数据。如果可选的参数block为真且timeout为空对象（默认的情况，阻塞调用，无超时），阻塞调用进程直到有数据可用。如果timeout是个正整数，阻塞调用进程最多timeout秒，如果一直无数据可用，抛出Empty异常（带超时的阻塞调用）。如果block为假，如果有数据可用返回数据，否则立即抛出Empty异常（非阻塞调用，timeout被忽略）。

Queue.get_nowait()

等同于get(False)（非阻塞调用）

为了跟踪入队任务被消费者线程完全的处理掉，Queue对象提供了两个额外的方法。

Queue.task_done()

意味着之前入队的一个任务已经完成。由队列的消费者线程调用。每一个get()调用得到一个任务，接下来的task_done()调用告诉队列该任务已经处理完毕。

如果当前一个join()正在阻塞，它将在队列中的所有任务都处理完时恢复执行（即每一个由put()调用入队的任务都有一个对应的task_done()调用）。

如果该方法被调用的次数多于被放入队列中的任务的个数，ValueError异常会被抛出。

Queue.join()

阻塞调用线程，直到队列中的所有任务被处理掉。

只要有数据被加入队列，未完成的任务数就会增加。当消费者线程调用task_done()（意味着有消费者取得任务并完成任务），未完成的任务数就会减少。当未完成的任务数降到0，join()解除阻塞。

如何等待入队任务被完成的例子：

def worker():
    while True:
        item = q.get()
        do_work(item)
        q.task_done()

q = Queue()
for i in range(num_worker_threads):
     t = Thread(target=worker)
     t.daemon = True
     t.start()

for item in source():
    q.put(item)

q.join()       # 一直阻塞 直到所有的任务都完成了