Python中的生产者消费者模型

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了解知识点：

1、守护进程：

·什么是守护进程：

守护进程其实就是一个‘子进程’，守护即伴随，守护进程会伴随主进程的代码运行完毕后而死掉

·为何用守护进程：

当该子进程内的代码在父进程代码运行完毕后就没有存在的意义了，就应该将进程设置为守护进程，会在父进程代码结束后死掉

from multiprocessing import Process

import time,os

def task(name):
    print('%s is running'%name)
    time.sleep(3)

if __name__ == '__main__':
    p1=Process(target=task,args=('守护进程',))
    p2=Process(target=task,args=('正常的子进程',))
    p1.daemon=True  # 一定要放到p.start()之前
    p1.start()
    p2.start()
    print('主')
    

以下是守护进程会迷惑人的范例：

#主进程代码运行完毕,守护进程就会结束
from multiprocessing import Process
import time
def foo():
    print(123)
    time.sleep(1)
    print("end123")

def bar():
    print(456)
    time.sleep(3)
    print("end456")

if __name__ == '__main__':
    p1=Process(target=foo)
    p2=Process(target=bar)

    p1.daemon=True
    p1.start()
    p2.start()
    print("main-------")

    '''
    main-------
    456
    enn456
    '''


    '''
    main-------
    123
    456
    enn456
    '''

    '''
    123
    main-------
    456
    end456
    '''

2、互斥锁：

互斥锁：可以将要执行任务的部分代码（只涉及到修改共享数据的代码）变成串行

join：是要执行任务的所有代码整体串行

强调：必须是lock.acquire()一次，然后 lock.release()释放一次，才能继续lock.acquire()，不能连续的lock.acquire()。否者程序停在原地。

互斥锁vs join： 

大前提：二者的原理都是一样，都是将并发变成串行，从而保证有序（在多个程序共享一个资源时，为保证有序不乱，需将并发变成串行）

区别一：join是按照人为指定的顺序执行，而互斥锁是所以进程平等地竞争，谁先抢到谁执行

区别二：互斥锁可以让一部分代码（修改共享数据的代码）串行，而join只能将代码整体串行（详见抢票系统）

互斥锁

from multiprocessing import Process,Lock
import json
import os
import time
import random

def check():
    time.sleep(1) # 模拟网路延迟
    with open('db.txt','rt',encoding='utf-8') as f:
        dic=json.load(f)
    print('%s 查看到剩余票数 [%s]' %(os.getpid(),dic['count']))

def get():
    with open('db.txt','rt',encoding='utf-8') as f:
        dic=json.load(f)
    time.sleep(2)
    if dic['count'] > 0:
        # 有票
        dic['count']-=1
        time.sleep(random.randint(1,3))
        with open('db.txt','wt',encoding='utf-8') as f:
            json.dump(dic,f)
        print('%s 购票成功' %os.getpid())
    else:
        print('%s 没有余票' %os.getpid())


def task(mutex):
    # 查票
    check()

    #购票
    mutex.acquire() # 互斥锁不能连续的acquire，必须是release以后才能重新acquire
    get()
    mutex.release()



    # with mutex:
    #     get()

if __name__ == '__main__':
    mutex=Lock()
    for i in  range(10):
        p=Process(target=task,args=(mutex,))
        p.start()
        # p.join()

3、IPC通信机制

进程之间通信必须找到一种介质，该介质必须满足

1、是所有进程共享的

2、必须是内存空间

附加：帮我们自动处理好锁的问题

a、   from multiprocessing import Manager（共享内存，但要自己解决锁的问题）

b、   IPC中的队列（Queue） 共享，内存，自动处理锁的问题（最常用）

c、   IPC中的管道（Pipe），共享，内存，需自己解决锁的问题

a、用Manager（了解知识点）

from multiprocessing import Process,Manager,Lock
import time

mutex=Lock()

def task(dic,lock):
    lock.acquire()
    temp=dic['num']
    time.sleep(0.1)
    dic['num']=temp-1
    lock.release()

if __name__ == '__main__':
    m=Manager()
    dic=m.dict({'num':10})

    l=[]
    for i in range(10):
        p=Process(target=task,args=(dic,mutex))
        l.append(p)
        p.start()
    for p in l:
        p.join()
    print(dic)

b、用队列Queue

1）共享的空间

2）是内存空间

3）自动帮我们处理好锁定问题

from multiprocessing import Queue
q=Queue(3)  #设置队列中maxsize个数为三
q.put('first')
q.put({'second':None})
q.put('三')
# q.put(4)   #阻塞。不报错，程序卡在原地等待队列中清出一个值。默认blok=True
print(q.get())
print(q.get())
print(q.get())

强调：
1、队列用来存成进程之间沟通的消息，数据量不应该过大
2、maxsize的值超过的内存限制就变得毫无意义
                                                              

了解：
q=Queue(3)
q.put('first',block=False)
q.put('second',block=False)
q.put('third',block=False)
q.put('fourth',block=False)  #报错 queue.Full

q.put('first',block=True)
q.put('second',block=True)
q.put('third',block=True)
q.put('fourth',block=True,timeout=3)  #等待3秒后若还进不去报错。注意timeout不能和block=False连用

q.get(block=False)
q.get(block=False)
q.get(block=False)
q.get(block=False)           #报错 queue.Empty

q.get(block=True)
q.get(block=True)
q.get(block=True)
q.get(block=True,timeout=2)    #等待2秒后还取不出东西则报错。注意timeout不能和block=False连用

4、生产者与消费者模型

该模型中包含两类重要的角色：

1、生产者：将负责造数据的任务比喻为生产者

2、消费者：接收生产者造出的数据来做进一步的处理，该类人物被比喻成消费者

实现生产者消费者模型三要素

1、生产者

2、消费者

3、队列

什么时候用该模型：

程序中出现明显的两类任何，一类任务是负责生产，另外一类任务是负责处理生产的数据的

该模型的好处：

1、实现了生产者与消费者解耦和

2、平衡了生产者的生产力与消费者的处理数据的能力

注意：生产者消费者模型是解决问题的思路不是技术。可以用进程和队列来实现，也可以用其他的来实现。

from multiprocessing import JoinableQueue,Process
import time
import os
import random

def producer(name,food,q):
    for i in range(3):
        res='%s%s' %(food,i)
        time.sleep(random.randint(1,3))
        # 往队列里丢
        q.put(res)
        print('33[45m%s 生产了 %s33[0m' %(name,res))
    # q.put(None)

def consumer(name,q):
    while True:
        #从队列里取走
        res=q.get()
        if res is None:break
        time.sleep(random.randint(1,3))
        print('33[46m%s 吃了 %s33[0m' %(name,res))
        q.task_done()

if __name__ == '__main__':
    q=JoinableQueue()
    # 生产者们
    p1=Process(target=producer,args=('egon','包子',q,))
    p2=Process(target=producer,args=('杨军','泔水',q,))
    p3=Process(target=producer,args=('猴老师','翔',q,))
    # 消费者们
    c1=Process(target=consumer,args=('Alex',q,))
    c2=Process(target=consumer,args=('wupeiqidsb',q,))
    c1.daemon=True
    c2.daemon=True

    p1.start()
    p2.start()
    p3.start()
    c1.start()
    c2.start()

    p1.join()
    p2.join()
    p3.join()
    q.join() #等待队列被取干净
    # q.join() 结束意味着
    # 主进程的代码运行完毕--->(生产者运行完毕)+队列中的数据也被取干净了->消费者没有存在的意义

    # print('主')