理解生產者消費者模型及在Python編程中的運用實例

來源：懂視網責編：小采時間：2020-11-27 14:29:08

理解生產者消費者模型及在Python編程中的運用實例

理解生產者消費者模型及在Python編程中的運用實例:什么是生產者消費者模型在工作中，大家可能會碰到這樣一種情況：某個模塊負責產生數據，這些數據由另一個模塊來負責處理（此處的模塊是廣義的，可以是類、函數、線程、進程等）。產生數據的模塊，就形象地稱為生產者；而處理數據的模塊，就稱為消費者。在

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什么是生產者消費者模型

在工作中，大家可能會碰到這樣一種情況：某個模塊負責產生數據，這些數據由另一個模塊來負責處理（此處的模塊是廣義的，可以是類、函數、線程、進程等）。產生數據的模塊，就形象地稱為生產者；而處理數據的模塊，就稱為消費者。在生產者與消費者之間在加個緩沖區，我們形象的稱之為倉庫，生產者負責往倉庫了進商品，而消費者負責從倉庫里拿商品，這就構成了生產者消費者模型。結構圖如下：

2016626144908200.jpg (401×74)

生產者消費者模型的優點：

1、解耦

假設生產者和消費者分別是兩個類。如果讓生產者直接調用消費者的某個方法，那么生產者對于消費者就會產生依賴（也就是耦合）。將來如果消費者的代碼發生變化，可能會影響到生產者。而如果兩者都依賴于某個緩沖區，兩者之間不直接依賴，耦合也就相應降低了。

舉個例子，我們去郵局投遞信件，如果不使用郵筒（也就是緩沖區），你必須得把信直接交給郵遞員。有同學會說，直接給郵遞員不是挺簡單的嘛？其實不簡單，你必須得認識誰是郵遞員，才能把信給他（光憑身上穿的制服，萬一有人假冒，就慘了）。這就產生和你和郵遞員之間的依賴（相當于生產者和消費者的強耦合）。萬一哪天郵遞員換人了，你還要重新認識一下（相當于消費者變化導致修改生產者代碼）。而郵筒相對來說比較固定，你依賴它的成本就比較低（相當于和緩沖區之間的弱耦合）。

2、支持并發

由于生產者與消費者是兩個獨立的并發體，他們之間是用緩沖區作為橋梁連接，生產者只需要往緩沖區里丟數據，就可以繼續生產下一個數據，而消費者只需要從緩沖區了拿數據即可，這樣就不會因為彼此的處理速度而發生阻塞。

接上面的例子，如果我們不使用郵筒，我們就得在郵局等郵遞員，直到他回來，我們把信件交給他，這期間我們啥事兒都不能干（也就是生產者阻塞），或者郵遞員得挨家挨戶問，誰要寄信（相當于消費者輪詢）。

3、支持忙閑不均

緩沖區還有另一個好處。如果制造數據的速度時快時慢，緩沖區的好處就體現出來了。當數據制造快的時候，消費者來不及處理，未處理的數據可以暫時存在緩沖區中。等生產者的制造速度慢下來，消費者再慢慢處理掉。

為了充分復用，我們再拿寄信的例子來說事。假設郵遞員一次只能帶走1000封信。萬一某次碰上情人節（也可能是圣誕節）送賀卡，需要寄出去的信超過1000封，這時候郵筒這個緩沖區就派上用場了。郵遞員把來不及帶走的信暫存在郵筒中，等下次過來時再拿走。

Python示例：
利用隊列實現簡單的生產者消費者模型，生產者產生時間放入隊列，消費者取出時間打印

class Consumer(threading.Thread):
 def __init__(self, queue):
 threading.Thread.__init__(self)
 self._queue = queue

 def run(self):
 while True:
 msg = self._queue.get()
 if isinstance(msg, str) and msg == 'quit':
 break
 print "I'm a thread, and I received %s!!" % msg
 print 'Bye byes!'


def producer():
 queue = Queue.Queue()
 worker = Consumer(queue)
 worker.start() # 開啟消費者線程
 start_time = time.time()
 while time.time() - start_time < 5:
 queue.put('something at %s' % time.time())
 time.sleep(1)
 queue.put('quit')
 worker.join()


if __name__ == '__main__':
 producer()

使用多線程，在做爬蟲的時候，生產者用著產生url鏈接，消費者用于獲取url數據，在隊列的幫助下可以使用多線程加快爬蟲速度。

import time
import threading
import Queue
import urllib2

class Consumer(threading.Thread):
 def __init__(self, queue):
 threading.Thread.__init__(self)
 self._queue = queue

 def run(self):
 while True:
 content = self._queue.get()
 print content
 if isinstance(content, str) and content == 'quit':
 break
 response = urllib2.urlopen(content)
 print 'Bye byes!'


def Producer():
 urls = [
 'http://211.103.242.133:8080/Disease/Details.aspx?id=2258',
 'http://211.103.242.133:8080/Disease/Details.aspx?id=2258',
 'http://211.103.242.133:8080/Disease/Details.aspx?id=2258',
 'http://211.103.242.133:8080/Disease/Details.aspx?id=2258'
 ]
 queue = Queue.Queue()
 worker_threads = build_worker_pool(queue, 4)
 start_time = time.time()
 for url in urls:
 queue.put(url)

 for worker in worker_threads:
 queue.put('quit')
 for worker in worker_threads:
 worker.join()

 print 'Done! Time taken: {}'.format(time.time() - start_time)


def build_worker_pool(queue, size):
 workers = []
 for _ in range(size):
 worker = Consumer(queue)
 worker.start()
 workers.append(worker)
 return workers

if __name__ == '__main__':
 Producer()

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