python中利用队列asyncio.Queue进行通讯详解

下面我将详细讲解在Python中利用队列 asyncio.Queue 进行通讯的攻略。

什么是 asyncio.Queue

asyncio.Queue 是 Python 3.5 版本开始引入的异步队列，用于在协程之间进行通讯。根据先进先出（FIFO）原则，队列中的每个元素都具有唯一的索引位置，并且可以根据索引位置进行访问。

使用 asyncio.Queue 可以方便地实现协程之间的通讯和数据共享，避免了协程之间的竞争和阻塞等问题。

asyncio.Queue 的基础用法

下面是 asyncio.Queue 的基础用法：

import asyncio

async def producer(queue):
    print('生产者开始生产消息')
    for i in range(5):
        await asyncio.sleep(0.1)  # 模拟生产速度
        item = f'消息{i}'
        await queue.put(item)  # 往队列中放入新消息
        print(f'生产者生产了消息：{item}')

async def consumer(queue):
    print('消费者开始消费消息')
    while True:
        item = await queue.get()  # 从队列中取出消息
        print(f'消费者消费了消息：{item}')

async def main():
    queue = asyncio.Queue()  # 创建队列
    task1 = asyncio.create_task(producer(queue))
    task2 = asyncio.create_task(consumer(queue))
    await task1
    await task2

asyncio.run(main())  # 运行主函数

这里定义了两个协程 producer 和 consumer，分别表示生产者和消费者。在 main 函数中创建一个队列 queue，并将其传递给生产者和消费者协程。producer 协程不断地生产消息并将其放入队列中，consumer 协程不断地从队列中取出消息并消费它。在最后的 asyncio.run() 函数中执行主函数 main。

当程序运行时，可以看到生产者不断地生产消息，消费者不断地消费消息，而且整个通讯过程是异步的。

asyncio.Queue 的高级用法

除了基础用法之外，asyncio.Queue 还支持以下高级用法：

消息缓存

往队列中放入消息时，如果队列已经满了，就会阻塞生产者直到有消费者取出消息。可以通过设置队列的 maxsize 属性来控制队列的最大长度。

import asyncio

async def producer(queue):
    for i in range(5):
        item = f'消息{i}'
        await queue.put(item)  # 往队列中放入新消息
        print(f'生产者生产了消息：{item}')

async def consumer(queue):
    while True:
        item = await queue.get()  # 从队列中取出消息
        print(f'消费者消费了消息：{item}')

async def main():
    queue = asyncio.Queue(maxsize=2)  # 设置最大长度为 2
    task1 = asyncio.create_task(producer(queue))
    task2 = asyncio.create_task(consumer(queue))
    await asyncio.gather(task1, task2)

asyncio.run(main())  # 运行主函数

在这个例子中，将队列的 maxsize 属性设置为 2，当第三条消息 消息2 添加到队列中时，就会阻塞生产者直到有消费者取出该消息。

超时设置

往队列中放入消息或从队列中取出消息时，可以设置超时时间，从而防止程序无限地阻塞等待。

import asyncio

async def producer(queue):
    for i in range(5):
        item = f'消息{i}'
        try:
            await queue.put(item, timeout=1)  # 超时设置为 1 秒
            print(f'生产者生产了消息：{item}')
        except asyncio.TimeoutError:
            print(f'生产者放置消息超时：{item}')

async def consumer(queue):
    while True:
        try:
            item = await queue.get(timeout=1)  # 超时设置为 1 秒
            print(f'消费者消费了消息：{item}')
        except asyncio.TimeoutError:
            print(f'消费者取出消息超时')

async def main():
    queue = asyncio.Queue(maxsize=2)  # 设置最大长度为 2
    task1 = asyncio.create_task(producer(queue))
    task2 = asyncio.create_task(consumer(queue))
    await asyncio.gather(task1, task2)

asyncio.run(main())  # 运行主函数

在这个例子中，将超时时间设置为 1 秒，当队列已满或已空时，放置消息或取出消息操作就会在 1 秒后超时。