Python -- Queue模块

学习契机

最近的一个项目中在使用grpc时遇到一个问题,由于client端可多达200,每个端口每10s向grpc server发送一次请求,server端接受client的请求后根据request信息更新数据库,再将数据库和配置文件的某些数据封装后返回给client。原代码的性能是0.26s/request,远远达不到所需性能,其中数据库更新操作耗时达到80%,其中一个优化点就是将数据库更新操作放在独立的线程中。
在次之前没有使用过线程编码,学以致用后本着加深理解的想法,将这个过程记录下来,这里先记下用于线程间通信的队列Queue的相关知识。

概念

Python2中队列库名称为Queue,Python3中已改名为queue,项目使用Python2.7.5版本,自然是使用Queue。
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,可在多线程通信中直接使用。

Queue模块定义了以下类及异常,在队列类中,maxsize限制可入队列数据的数量,值小于等于0时代表不限制:

  • Queue.Queue(maxsize=0) FIFO队列
  • Queue.LifoQueue(maxsize=0) LIFO队列
  • Queue.PriorityQueue(maxsize=0) 优先级队列
  • Queue.Empty TODO
  • Queue.Full

Queue(Queue、LifoQueue、PriorityQueue)对象提供以下方法:

  • Queue.qsize()
    返回队列大小,但是不保证qsize() > 0时,get()不会阻塞;也不保证qsize() < maxsize时,put()不会阻塞。
  • Queue.empty()
    返回True时,不保证put()时不会阻塞;返回False时不保证get()不会阻塞。
  • Queue.full()
    返回True时,不保证get()时不会阻塞;返回False时不保证put()不会阻塞。
  • Queue.put(item[, block[, timeout]])
    block默认值为False,指定为True时代表可以阻塞,若同时指定timeout,在超时时返回Full exception。
  • Queue.put_nowait(item)
    等同put(item, False)
  • Queue.get([block[, timeout]])
  • Queue.get_nowait()
    等同get(item, False)
  • Queue.task_done()
    消费者线程调用。调用get()后,可调用task_done()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)。
  • 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。

应用

UpdateThread是单一消费者进程,获取FIFO队列中的数据处理,GrpcThread是multi生产者线程,需要对往队列中丢数据这个操作加锁保证数据先后顺序。

import threading
import Queue
import time

q = Queue.Queue()
q_lock = threading.Lock()


class UpdateThread(threading.Thread):

    def __init__(self):
        super(self.__class__, self).__init__()
        self.setName(self.__class__.__name__)
        self._setName = self.setName

    @staticmethod
    def update_stat():
        global q
        while not q.empty():
            stat = q.get()
            print 'Update stat (%s) in db' % stat

    def run(self):
        while True:
            self.update_stat()
            time.sleep(0.1)


class GrpcThread(threading.Thread):

    def compose_stat(self, stat):
        global q
        q_lock.acquire()
        q.put('%d: %s' % (stat, self.name))
        q_lock.release()
        return

    def run(self):
        for i in range(10):
            self.compose_stat(i)
            time.sleep(0.1)


def launch_update_thread():
    UpdateThread().start()


if __name__ == '__main__':
    launch_update_thread()
    thread1 = GrpcThread()
    thread2 = GrpcThread()

    thread1.start()
    thread2.start()

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