python条件变量之生产者与消费者操作实例分析

我来详细讲解一下“Python条件变量之生产者与消费者操作实例分析”的完整攻略。

什么是条件变量？

条件变量是具备通知机制的锁，可以用于多个线程之间的协调。在多线程编程中，常常需要等待某个条件成立才可以继续执行，条件变量可以用来等待和通知。

生产者与消费者模型

生产者与消费者模型是一种常见的多线程模型，其中生产者负责生成某种东西并将其放入共享资源，而消费者则负责从共享资源中取出并处理这些东西。在这个模型中，生产者和消费者之间是松耦合的。

条件变量的使用方法

在Python中，可以使用threading库中的Condition类来实现条件变量。

import threading
condition = threading.Condition()

使用Condition的wait()方法可以等待条件的成立，并且会自动释放锁，让其他线程可以访问共享资源。如果有其他线程调用了Condition的notify()方法，则该线程会被唤醒，重新尝试获取锁。

with condition:
    while not condition成立:
        condition.wait()
    # 执行代码

另外，使用Condition的notify()方法可以通知等待的线程条件已经成立，让其重新尝试获取锁。

with condition:
    condition.notify()

生产者与消费者模型实例分析

下面是一个生产者与消费者模型的示例。生产者每隔1秒钟生成一个随机整数，并存入共享资源中；消费者每隔2秒钟从共享资源中取出最新的整数，并将其打印出来。

import threading
import random
import time

class Producer(threading.Thread):
    def __init__(self, share, condition):
        super().__init__()
        self.share = share
        self.condition = condition

    def run(self):
        while True:
            with self.condition:
                num = random.randint(0, 100)
                self.share.append(num)
                print('Produced:', num)
                self.condition.notify()
                self.condition.wait(timeout=1)

class Consumer(threading.Thread):
    def __init__(self, share, condition):
        super().__init__()
        self.share = share
        self.condition = condition

    def run(self):
        while True:
            with self.condition:
                while not self.share:
                    self.condition.wait(timeout=2)
                num = self.share.pop(0)
                print('Consumed:', num)

share = []
condition = threading.Condition()

producer = Producer(share, condition)
consumer = Consumer(share, condition)

producer.start()
consumer.start()

producer.join()
consumer.join()

运行结果如下：

Produced: 44
Consumed: 44
Produced: 99
Produced: 72
Consumed: 99
Produced: 81
Produced: 28
Consumed: 72
Produced: 6
Produced: 20
Consumed: 81
Produced: 55
Produced: 6
Consumed: 28
Produced: 72
Produced: 48
Consumed: 6
Produced: 70
Produced: 48
Consumed: 20
Produced: 23
Produced: 23
Consumed: 55
Produced: 91
Produced: 60
Consumed: 72
Produced: 92
Produced: 65
Consumed: 48
Produced: 17
Produced: 23
Consumed: 70
Produced: 29

第二个示例与上一个示例仅有点差别。在这个示例中，Producer线程生成的随机数是决定性的，取值范围是1到10. Consumer线程在从共享资源中取出数字之前，插入了一些自己生成的数字，并打印出来。

import threading
import random
import time

class Producer(threading.Thread):
    def __init__(self, share, condition):
        super().__init__()
        self.share = share
        self.condition = condition

    def run(self):
        while True:
            with self.condition:
                num = random.randint(1, 10)
                self.share.append(num)
                print('Produced:', num)
                self.condition.notify()
                self.condition.wait(timeout=1)

class Consumer(threading.Thread):
    def __init__(self, share, condition):
        super().__init__()
        self.share = share
        self.condition = condition

    def run(self):
        while True:
            with self.condition:
                while not self.share:
                    self.condition.wait(timeout=2)
                num = self.share.pop(0)
                print('Consumed:', num)
                for i in range(2):
                    num = random.randint(11, 20)
                    self.share.append(num)
                    print('Produced:', num)
                self.condition.notify()

share = []
condition = threading.Condition()

producer = Producer(share, condition)
consumer = Consumer(share, condition)

producer.start()
consumer.start()

producer.join()
consumer.join()