Python queue 模块

编辑：陈珺

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在 Python 中，queue 模块提供了一个线程安全的队列实现，用于在多线程编程中安全地传递数据。

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，queue 模块提供了多种队列类型，包括 Queue、LifoQueue 和 PriorityQueue，以满足不同的需求。

队列类型

1. Queue

Queue 是 queue 模块中最常用的队列类型，它实现了标准的先进先出（FIFO）队列。以下是 Queue 的基本用法：

import queue

# 创建一个队列
q = queue.Queue()

# 向队列中添加元素
q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)

# 从队列中获取元素
print(q.get()) # 输出: 1
print(q.get()) # 输出: 2
print(q.get()) # 输出: 3

2. LifoQueue

LifoQueue 是一种后进先出（LIFO）的队列，类似于栈。以下是 LifoQueue 的基本用法：

import queue

# 创建一个 LIFO 队列
q = queue.LifoQueue()

# 向队列中添加元素
q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)

# 从队列中获取元素
print(q.get()) # 输出: 3
print(q.get()) # 输出: 2
print(q.get()) # 输出: 1

3. PriorityQueue

PriorityQueue 是一种优先级队列，元素按照优先级顺序被取出。以下是 PriorityQueue 的基本用法：

import queue

# 创建一个优先级队列
q = queue.PriorityQueue()

# 向队列中添加元素，元素为元组 (优先级, 数据)
q.put((3, 'Low priority'))
q.put((1, 'High priority'))
q.put((2, 'Medium priority'))

# 从队列中获取元素
print(q.get()) # 输出: (1, 'High priority')
print(q.get()) # 输出: (2, 'Medium priority')
print(q.get()) # 输出: (3, 'Low priority')

常用方法

1. put(item, block=True, timeout=None)

将 item 放入队列。如果 block 为 True 且队列已满，则等待 timeout 秒，直到队列有空闲空间。如果 timeout 为 None，则无限等待。

2. get(block=True, timeout=None)

从队列中获取并移除一个元素。如果 block 为 True 且队列为空，则等待 timeout 秒，直到队列中有元素。如果 timeout 为 None，则无限等待。

3. qsize()

返回队列中的元素数量。

4. empty()

如果队列为空，返回 True，否则返回 False。

5. full()

如果队列已满，返回 True，否则返回 False。

线程安全

queue 模块的所有队列类型都是线程安全的，这意味着多个线程可以安全地同时操作同一个队列，而不需要额外的同步机制。这使得 queue 模块成为多线程编程中传递数据的理想选择。

示例：多线程队列

以下是一个使用 Queue 在多线程之间传递数据的示例：

import queue
import threading
import time

# 创建一个队列
q = queue.Queue()

# 生产者线程
def producer():
for i in range(5):
print(f'生产 {i}')
q.put(i)
time.sleep(1)

# 消费者线程
def consumer():
while True:
item = q.get()
if item is None:
break
print(f'消费 {item}')
q.task_done()

# 启动生产者线程
producer_thread = threading.Thread(target=producer)
producer_thread.start()

# 启动消费者线程
consumer_thread = threading.Thread(target=consumer)
consumer_thread.start()

# 等待生产者线程完成
producer_thread.join()

# 等待队列中的所有任务完成
q.join()

# 发送结束信号
q.put(None)
consumer_thread.join()

常用的属性和方法

以下是 Python queue 模块（线程安全队列）的常用类、方法及属性的表格说明，包含功能描述和示例：

queue 模块核心类

类	说明	适用场景
`queue.Queue`	先进先出（FIFO）队列	通用任务队列
`queue.LifoQueue`	后进先出（LIFO）队列（类似栈）	需要后进先出的场景
`queue.PriorityQueue`	优先级队列（最小堆实现）	按优先级处理任务
`queue.SimpleQueue`	更简单的FIFO队列（Python 3.7+）	不需要高级功能的场景

通用方法（所有队列类都支持）

方法	说明	示例	返回值
`put(item)`	放入元素	`q.put("task1")`	None
`get()`	取出并移除元素	`item = q.get()`	队列元素
`empty()`	判断队列是否为空	`if q.empty():`	`True`/`False`
`full()`	判断队列是否已满	`if q.full():`	`True`/`False`
`qsize()`	返回队列当前大小	`size = q.qsize()`	整数
`task_done()`	标记任务完成（用于`join()`）	`q.task_done()`	None
`join()`	阻塞直到所有任务完成	`q.join()`	None

阻塞控制参数

参数	说明	默认值	示例
`block`	当队列为空/满时是否阻塞	`True`	`q.get(block=False)`
`timeout`	阻塞超时时间（秒）	`None`	`q.put(x, timeout=5)`

PriorityQueue 专用用法

元素格式：(priority, data)，优先级越小越先出队

pq = queue.PriorityQueue()
pq.put((1, "low"))
pq.put((0, "high"))
print(pq.get()[1]) # 输出: "high"

实例

生产者-消费者模型：

import queue, threading

q = queue.Queue(maxsize=3) # 容量为3的队列

def producer():
for i in range(5):
q.put(f"Task-{i}")
print(f"Produced: Task-{i}")

def consumer():
while True:
item = q.get()
print(f"Consumed: {item}")
q.task_done()

threading.Thread(target=producer, daemon=True).start()
threading.Thread(target=consumer, daemon=True).start()
q.join() # 等待所有任务完成

优先级任务处理：

pq = queue.PriorityQueue()
pq.put((3, "Scan"))
pq.put((1, "Emergency"))
pq.put((2, "Log"))

while not pq.empty():
print(pq.get()[1]) # 输出顺序: Emergency → Log → Scan

非阻塞获取（避免死锁）：

try:
item = q.get_nowait() # 等价于 q.get(block=False)
except queue.Empty:
print("队列为空")

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