如何分析Python全棧中的隊列

如何分析Python全棧中的隊列，相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

1. lock互斥鎖

知識點：

lock.acquire()# 上鎖
lock.release()# 解鎖
#同一時間允許一個進(jìn)程上一把鎖 就是Lock
	加鎖可以保證多個進(jìn)程修改同一塊數(shù)據(jù)時，同一時間只能有一個任務(wù)可以進(jìn)行修改，即串行的修改，沒錯，速度是慢了，但犧牲速度卻保證了數(shù)據(jù)安全。
#同一時間允許多個進(jìn)程上多把鎖 就是[信號量Semaphore]
	信號量是鎖的變形: 實際實現(xiàn)是 計數(shù)器 + 鎖,同時允許多個進(jìn)程上鎖	
# 互斥鎖Lock : 互斥鎖就是進(jìn)程的互相排斥,誰先搶到資源,誰就上鎖改資源內(nèi)容,為了保證數(shù)據(jù)的同步性
# 注意:多個鎖一起上,不開鎖,會造成死鎖.上鎖和解鎖是一對.

程序?qū)崿F(xiàn)：

# ### 鎖 lock 互斥鎖
from multiprocessing import Process,Lock
""" 上鎖和解鎖是一對, 連續(xù)上鎖不解鎖是死鎖 ,只有在解鎖的狀態(tài)下,其他進(jìn)程才有機(jī)會上鎖 """
"""
# 創(chuàng)建一把鎖
lock = Lock()
# 上鎖
lock.acquire()
# lock.acquire() # 連續(xù)上鎖,造成了死鎖現(xiàn)象;
print("我在裊裊炊煙 ..  你在焦急等待 ... 廁所進(jìn)行時 ... ")
# 解鎖
lock.release()
"""
# ### 12306 搶票軟件
import json,time,random
# 1.讀寫數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的票數(shù)
def wr_info(sign , dic=None):
	if sign == "r":
		with open("ticket",mode="r",encoding="utf-8") as fp:
			dic = json.load(fp)
		return dic
	elif sign == "w":
		with open("ticket",mode="w",encoding="utf-8") as fp:
			json.dump(dic,fp)
# dic = wr_info("w",dic={"count":0})
# print(dic , type(dic) )
# 2.執(zhí)行搶票的方法
def get_ticket(person):
	# 先獲取數(shù)據(jù)庫中實際票數(shù)
	dic = wr_info("r")
	# 模擬一下網(wǎng)絡(luò)延遲
	time.sleep(random.uniform(0.1,0.7))
	# 判斷票數(shù)
	if dic["count"] > 0:
		print("{}搶到票了".format(person))
		# 搶到票后,讓當(dāng)前票數(shù)減1
		dic["count"] -= 1
		# 更新數(shù)據(jù)庫中的票數(shù)
		wr_info("w",dic)
	else:
		print("{}沒有搶到票哦".format(person))
# 3.對搶票和讀寫票數(shù)做一個統(tǒng)一的調(diào)用
def main(person,lock):
	# 查看剩余票數(shù)
	dic = wr_info("r")
	print("{}查看票數(shù)剩余: {}".format(person,dic["count"]))
	# 上鎖
	lock.acquire()
	# 開始搶票
	get_ticket(person)
	# 解鎖 
	lock.release()
if __name__ == "__main__":
	lock = Lock()
	lst = ["梁新宇","康?？?quot;,"張保張","于朝志","薛宇健","韓瑞瑞","假摔先","劉子濤","黎明輝","趙鳳勇"]
	for i in lst:
		p = Process(    target=main,args=(  i  , lock  )   )
		p.start()
"""
創(chuàng)建進(jìn)程,開始搶票是異步并發(fā)程序
直到開始搶票的時候,變成同步程序,
先搶到鎖資源的先執(zhí)行,后搶到鎖資源的后執(zhí)行;
按照順序依次執(zhí)行;是同步程序;
搶票的時候，變成同步程序，好處是可以等到數(shù)據(jù)修改完成之后，在讓下一個人搶，保證數(shù)據(jù)不亂。
如果不上鎖的話，只剩一張票的時候，那么所有的人都能搶到票，因為程序執(zhí)行的速度太快，所以接近同步進(jìn)程，導(dǎo)致數(shù)據(jù)也不對。
"""	

ticket文件

{"count": 0}

2. 事件_紅綠燈效果

2.1 信號量_semaphore

# ### 信號量 Semaphore 本質(zhì)上就是鎖,只不過是多個進(jìn)程上多把鎖,可以控制上鎖的數(shù)量
"""Semaphore = lock + 數(shù)量 """
from multiprocessing import Semaphore , Process
import time , random
"""
	# 同一時間允許多個進(jìn)程上5把鎖
	sem = Semaphore(5)
	#上鎖
	sem.acquire()
	print("執(zhí)行操作 ... ")
	#解鎖
	sem.release()
"""
def singsong_ktv(person,sem):
	# 上鎖
	sem.acquire()
	print("{}進(jìn)入了唱吧ktv , 正在唱歌 ~".format(person))
	# 唱一段時間
	time.sleep( random.randrange(4,8) ) # 4 5 6 7
	print("{}離開了唱吧ktv , 唱完了 ... ".format(person))
	# 解鎖
	sem.release()
if __name__ == "__main__":
	sem = Semaphore(5)
	lst = ["趙鳳勇" , "沈思雨", "趙萬里" , "張宇" , "假率先" , "孫杰龍" , "陳璐" , "王雨涵" , "楊元濤" , "劉一鳳"   ]
	for i  in lst:
		p = Process(target=singsong_ktv , args = (i , sem)		)
		p.start()
"""
# 總結(jié): Semaphore 可以設(shè)置上鎖的數(shù)量 , 同一時間上多把鎖
創(chuàng)建進(jìn)程時,是異步并發(fā),執(zhí)行任務(wù)時,是同步程序;
"""
# 趙萬里進(jìn)入了唱吧ktv , 正在唱歌 ~
# 趙鳳勇進(jìn)入了唱吧ktv , 正在唱歌 ~
# 張宇進(jìn)入了唱吧ktv , 正在唱歌 ~
# 沈思雨進(jìn)入了唱吧ktv , 正在唱歌 ~
# 孫杰龍進(jìn)入了唱吧ktv , 正在唱歌 ~

2.2 事件_紅綠燈效果

# ### 事件 (Event)
"""
# 阻塞事件 ：
	e = Event()生成事件對象e   
	e.wait()動態(tài)給程序加阻塞 , 程序當(dāng)中是否加阻塞完全取決于該對象中的is_set() [默認(rèn)返回值是False]
    # 如果是True  不加阻塞
    # 如果是False 加阻塞
# 控制這個屬性的值
    # set()方法     將這個屬性的值改成True
    # clear()方法   將這個屬性的值改成False
    # is_set()方法  判斷當(dāng)前的屬性是否為True  (默認(rèn)上來是False)
"""
from multiprocessing import Process,Event
import time , random
# 1
'''
e = Event()
# 默認(rèn)屬性值是False.
print(e.is_set()) 
# 判斷內(nèi)部成員屬性是否是False 
e.wait()
# 如果是False , 代碼程序阻塞
print(" 代碼執(zhí)行中 ...  ")
'''
# 2
'''
e = Event()
# 將這個屬性的值改成True
e.set()
# 判斷內(nèi)部成員屬性是否是True
e.wait()
# 如果是True , 代碼程序不阻塞
print(" 代碼執(zhí)行中 ...  ")
# 將這個屬性的值改成False
e.clear()
e.wait()
print(" 代碼執(zhí)行中 .... 2")
'''
# 3
"""
e = Event()
# wait(3) 代表最多等待3秒;
e.wait(3)
print(" 代碼執(zhí)行中 .... 3")
"""
# ### 模擬經(jīng)典紅綠燈效果
# 紅綠燈切換
def traffic_light(e):
	print("紅燈亮")
	while True:
		if e.is_set():
			# 綠燈狀態(tài) -> 切紅燈
			time.sleep(1)
			print("紅燈亮")
			# True => False
			e.clear()
		else:
			# 紅燈狀態(tài) -> 切綠燈
			time.sleep(1)
			print("綠燈亮")
			# False => True
			e.set()
# e = Event()
# traffic_light(e)
# 車的狀態(tài)
def car(e,i):
	# 判斷是否是紅燈,如果是加上wait阻塞
	if not e.is_set():
		print("car{} 在等待 ... ".format(i))
		e.wait()
	# 否則不是,代表綠燈通行;
	print("car{} 通行了 ... ".format(i))
"""	
# 1.全國紅綠燈
if __name__ == "__main__":
	e = Event()
	# 創(chuàng)建交通燈
	p1 = Process(target=traffic_light , args=(e,))
	p1.start()
	# 創(chuàng)建小車進(jìn)程
	for i in range(1,21):
		time.sleep(random.randrange(2))
		p2 = Process(target=car , args=(e,i))
		p2.start()
"""
# 2.包頭紅綠燈,沒有車的時候,把紅綠燈關(guān)了,省電;
if __name__ == "__main__":
	lst = []
	e = Event()
	# 創(chuàng)建交通燈
	p1 = Process(target=traffic_light , args=(e,))
	# 設(shè)置紅綠燈為守護(hù)進(jìn)程
	p1.daemon = True
	p1.start()
	# 創(chuàng)建小車進(jìn)程
	for i in range(1,21):
		time.sleep(random.randrange(2))
		p2 = Process(target=car , args=(e,i))
		lst.append(p2)
		p2.start()
	# 讓所有的小車全部跑完,把紅綠燈炸飛
	print(lst)
	for i in lst:
		i.join()
	print("關(guān)閉成功 .... ")

事件知識點：

# 阻塞事件 ：
	e = Event()生成事件對象e   
	e.wait()動態(tài)給程序加阻塞 , 程序當(dāng)中是否加阻塞完全取決于該對象中的is_set() [默認(rèn)返回值是False]
    # 如果是True  不加阻塞
    # 如果是False 加阻塞
# 控制這個屬性的值
    # set()方法     將這個屬性的值改成True
    # clear()方法   將這個屬性的值改成False
    # is_set()方法  判斷當(dāng)前的屬性是否為True  (默認(rèn)上來是False)

3. queue進(jìn)程隊列

# ### 進(jìn)程隊列（進(jìn)程與子進(jìn)程是相互隔離的，如果兩者想要進(jìn)行通信，可以利用隊列實現(xiàn)）
from multiprocessing import Process,Queue
# 引入線程模塊; 為了捕捉queue.Empty異常;
import queue
# 1.基本語法
"""順序: 先進(jìn)先出,后進(jìn)后出"""
# 創(chuàng)建進(jìn)程隊列
q = Queue()
# put() 存放
q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)
# get() 獲取
"""在獲取不到任何數(shù)據(jù)時,會出現(xiàn)阻塞"""
# print(  q.get()  )
# print(  q.get()  )
# print(  q.get()  )
# print(  q.get()  )
# get_nowait() 拿不到數(shù)據(jù)報異常
"""[windows]效果正常  [linux]不兼容"""
try:
	print(  q.get_nowait()  )
	print(  q.get_nowait()  )
	print(  q.get_nowait()  )
	print(  q.get_nowait()  )
except : #queue.Empty
	pass
# put_nowait() 非阻塞版本的put
# 設(shè)置當(dāng)前隊列最大長度為3 ( 元素個數(shù)最多是3個 )
"""在指定隊列長度的情況下,如果塞入過多的數(shù)據(jù),會導(dǎo)致阻塞"""
# q2 = Queue(3)
# q2.put(111)
# q2.put(222)
# q2.put(333)
# q2.put(444)
"""使用put_nowait 在隊列已滿的情況下,塞入數(shù)據(jù)會直接報錯"""
q2 = Queue(3)
try:
	q2.put_nowait(111)
	q2.put_nowait(222)
	q2.put_nowait(333)
	q2.put_nowait(444)
except:
	pass
# 2.進(jìn)程間的通信IPC
def func(q):
	# 2.子進(jìn)程獲取主進(jìn)程存放的數(shù)據(jù)
	res = q.get()
	print(res,"<22>")
	# 3.子進(jìn)程中存放數(shù)據(jù)
	q.put("劉一縫")
if __name__ == "__main__":
	q3 = Queue()
	p = Process(target=func,args=(q3,))
	p.start()
	# 1.主進(jìn)程存入數(shù)據(jù)
	q3.put("趙鳳勇")
	# 為了等待子進(jìn)程把數(shù)據(jù)存放隊列后,主進(jìn)程在獲取數(shù)據(jù);
	p.join()
	# 4.主進(jìn)程獲取子進(jìn)程存放的數(shù)據(jù)
	print(q3.get() , "<33>")

小提示： 一般主進(jìn)程比子進(jìn)程執(zhí)行的快一些

隊列知識點：

# 進(jìn)程間通信 IPC
# IPC Inter-Process Communication
# 實現(xiàn)進(jìn)程之間通信的兩種機(jī)制:
    # 管道 Pipe
    # 隊列 Queue
# put() 存放
# get() 獲取
# get_nowait() 拿不到報異常
# put_nowait() 非阻塞版本的put
q.empty()      檢測是否為空  (了解)
q.full() 	   檢測是否已經(jīng)存滿 (了解)

4. 生產(chǎn)者消費者模型

# ### 生產(chǎn)者和消費者模型 
"""
# 爬蟲案例
1號進(jìn)程負(fù)責(zé)抓取其他多個網(wǎng)站中相關(guān)的關(guān)鍵字信息,正則匹配到隊列中存儲(mysql)
2號進(jìn)程負(fù)責(zé)把隊列中的內(nèi)容拿取出來,將經(jīng)過修飾后的內(nèi)容布局到自個的網(wǎng)站中
1號進(jìn)程可以理解成生產(chǎn)者
2號進(jìn)程可以理解成消費者
從程序上來看 
	生產(chǎn)者負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù) (put)
	消費者負(fù)責(zé)獲取數(shù)據(jù) (get)
生產(chǎn)者和消費者比較理想的模型:
	生產(chǎn)多少,消費多少 . 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速度 和 消費數(shù)據(jù)的速度 相對一致	
"""
# 1.基礎(chǔ)版生產(chǎn)著消費者模型
"""問題 : 當(dāng)前模型,程序不能正常終止 """
"""
from multiprocessing import Process,Queue
import time,random
# 消費者模型
def consumer(q,name):
	while True:
		# 獲取隊列中的數(shù)據(jù)
		food = q.get()
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		print("{}吃了{(lán)}".format(name,food))
# 生產(chǎn)者模型
def producer(q,name,food):
	for i in range(5):
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		# 展示生產(chǎn)的數(shù)據(jù)
		print(  "{}生產(chǎn)了{(lán)}".format(  name , food+str(i)  )   )
		# 存儲生產(chǎn)的數(shù)據(jù)在隊列中
		q.put(food+str(i))
if __name__ == "__main__":
	q = Queue()
	p1 = Process(  target=consumer,args=(q , "趙萬里")  )
	p2 = Process(  target=producer,args=(q , "趙沈陽" , "香蕉" )  )
	p1.start()
	p2.start()
	p2.join()
"""
# 2.優(yōu)化模型
"""特點 : 手動在隊列的最后,加入標(biāo)識None, 終止消費者模型"""
"""
from multiprocessing import Process,Queue
import time,random
# 消費者模型
def consumer(q,name):
	while True:
		# 獲取隊列中的數(shù)據(jù)
		food = q.get()
		# 如果最后一次獲取的數(shù)據(jù)是None , 代表隊列已經(jīng)沒有更多數(shù)據(jù)可以獲取了,終止循環(huán);
		if food is None:
			break
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		print("{}吃了{(lán)}".format(name,food))
# 生產(chǎn)者模型
def producer(q,name,food):
	for i in range(5):
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		# 展示生產(chǎn)的數(shù)據(jù)
		print(  "{}生產(chǎn)了{(lán)}".format(  name , food+str(i)  )   )
		# 存儲生產(chǎn)的數(shù)據(jù)在隊列中
		q.put(food+str(i))
if __name__ == "__main__":
	q = Queue()
	p1 = Process(  target=consumer,args=(q , "趙萬里")  )
	p2 = Process(  target=producer,args=(q , "趙沈陽" , "香蕉" )  )
	p1.start()
	p2.start()
	p2.join()
	q.put(None) # 香蕉0 香蕉1 香蕉2 香蕉3 香蕉4 None
"""
# 3.多個生產(chǎn)者和消費者
""" 問題 : 雖然可以解決問題 , 但是需要加入多個None  , 代碼冗余"""
from multiprocessing import Process,Queue
import time,random
# 消費者模型
def consumer(q,name):
	while True:
		# 獲取隊列中的數(shù)據(jù)
		food = q.get()
		# 如果最后一次獲取的數(shù)據(jù)是None , 代表隊列已經(jīng)沒有更多數(shù)據(jù)可以獲取了,終止循環(huán);
		if food is None:
			break
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		print("{}吃了{(lán)}".format(name,food))
# 生產(chǎn)者模型
def producer(q,name,food):
	for i in range(5):
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		# 展示生產(chǎn)的數(shù)據(jù)
		print(  "{}生產(chǎn)了{(lán)}".format(  name , food+str(i)  )   )
		# 存儲生產(chǎn)的數(shù)據(jù)在隊列中
		q.put(food+str(i))
if __name__ == "__main__":
	q = Queue()
	p1 = Process(  target=consumer,args=(q , "趙萬里")  )
	p1_1 = Process(  target=consumer,args=(q , "趙世超")  )
	p2 = Process(  target=producer,args=(q , "趙沈陽" , "香蕉" )  )
	p2_2 = Process(  target=producer,args=(q , "趙鳳勇" , "大蒜" )  )
	p1.start()
	p1_1.start()
	p2.start()
	p2_2.start()
	# 等待所有數(shù)據(jù)填充完畢
	p2.join()
	p2_2.join()
	# 把None 關(guān)鍵字放在整個隊列的最后,作為跳出消費者循環(huán)的標(biāo)識符;
	q.put(None) # 給第一個消費者加一個None , 用來終止
	q.put(None) # 給第二個消費者加一個None , 用來終止
	# ...

5. joinablequeue隊列使用

# ### JoinableQueue 隊列
"""
put 存放  
get 獲取  
task_done 計算器屬性值-1  
join 配合task_done來使用 , 阻塞
put 一次數(shù)據(jù), 隊列的內(nèi)置計數(shù)器屬性值+1
get 一次數(shù)據(jù), 通過task_done讓隊列的內(nèi)置計數(shù)器屬性值-1
join: 會根據(jù)隊列計數(shù)器的屬性值來判斷是否阻塞或者放行
	隊列計數(shù)器屬性是 等于 0 ,  代碼不阻塞放行
	隊列計數(shù)器屬性是 不等 0 ,  意味著代碼阻塞
"""
from multiprocessing  import JoinableQueue
jq = JoinableQueue()
jq.put("王同培") # +1
jq.put("王偉")   # +2
print(jq.get())
print(jq.get())
# print(jq.get()) 阻塞
jq.task_done()   # -1
jq.task_done()   # -1
jq.join()
print(" 代碼執(zhí)行結(jié)束 .... ")
# ### 2.使用JoinableQueue 改造生產(chǎn)著消費者模型
from multiprocessing import Process,Queue
import time,random
# 消費者模型
def consumer(q,name):
	while True:
		# 獲取隊列中的數(shù)據(jù)
		food = q.get()
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		print("{}吃了{(lán)}".format(name,food))
		# 讓隊列的內(nèi)置計數(shù)器屬性-1
		q.task_done()
# 生產(chǎn)者模型
def producer(q,name,food):
	for i in range(5):
		time.sleep(random.uniform(0.1,1))
		# 展示生產(chǎn)的數(shù)據(jù)
		print(  "{}生產(chǎn)了{(lán)}".format(  name , food+str(i)  )   )
		# 存儲生產(chǎn)的數(shù)據(jù)在隊列中
		q.put(food+str(i))
if __name__ == "__main__":
	q = JoinableQueue()
	p1 = Process(  target=consumer,args=(q , "趙萬里")  )
	p2 = Process(  target=producer,args=(q , "趙沈陽" , "香蕉" )  )
	p1.daemon = True
	p1.start()
	p2.start()
	p2.join()
	# 必須等待隊列中的所有數(shù)據(jù)全部消費完畢,再放行
	q.join()
	print("程序結(jié)束 ... ")

6. 總結(jié)

ipc可以讓進(jìn)程之間進(jìn)行通信
lock其實也讓進(jìn)程之間進(jìn)行通信了，多個進(jìn)程去搶一把鎖，一個進(jìn)程搶到
這 把鎖了，其他的進(jìn)程就搶不到這把鎖了，進(jìn)程通過socket底層互相發(fā)
消息，告訴其他進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)已經(jīng)被鎖定了，不能再強(qiáng)了。
進(jìn)程之間默認(rèn)是隔離的，不能通信的，如果想要通信，必須通過ipc的
方式（lock、joinablequeue、Manager）

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