Python Queue模块详解：创建、操作与多线程应用

在Python程序中，队列是线程间交换数据最常用的机制。Queue模块提供了这一功能，尽管其接口简洁易用，但若使用不当，仍可能引发一些意外情况。

创建队列对象需导入Queue模块并实例化Queue类。例如：import Queue; q = Queue.Queue(maxsize=10)。Queue类实现了同步队列，其长度可设为无限或指定最大值。通过构造函数的maxsize参数控制长度，若该值小于1，则代表队列长度无限制。

向队列插入数据使用put()方法，如q.put(10)。该方法在队尾添加元素，包含两个参数：item为必填项，表示插入的值；block为可选参数，默认为1。当队列为空且block为1时，put()会阻塞调用线程，直到队列中有可用空间；若block设为0，且队列已满，则直接抛出Full异常。

从队列取出数据使用get()方法，如q.get()。该方法从队头移除并返回一个元素。其block参数默认为True。若队列为空且block为True，get()会阻塞线程直至有元素可用；若block为False且队列为空，则抛出Empty异常。

Python Queue模块提供三种队列类型及其构造函数：1. FIFO队列（先进先出），类名为Queue.Queue(maxsize)；2. LIFO队列（后进先出，类似堆栈），类名为Queue.LifoQueue(maxsize)；3. 优先级队列，级别越低越优先出队，类名为Queue.PriorityQueue(maxsize)。

Queue对象(q = Queue.Queue())常用方法包括：q.qsize()返回队列当前大小；q.empty()判断队列是否为空，空则返回True，否则False；q.full()判断队列是否已满，满则返回True，否则False，其状态与maxsize参数对应；q.get([block[, timeout]])获取元素，支持阻塞及超时设置；q.get_nowait()等效于q.get(False)，即非阻塞获取；q.put(item)写入元素，支持阻塞及超时；q.put_nowait(item)等效于q.put(item, False)，即非阻塞写入；q.task_done()用于标记某项任务已完成，向队列发送完成信号；q.join()阻塞直到队列中所有已处理的任务均收到task_done()信号后才继续执行。

示例场景：实现一个线程持续生成随机数并存入队列（建议使用Queue模块）；另一个线程从队列中不断取出奇数；第三个线程从队列中不断取出偶数。

#!/usr/bin/env python
#coding:utf8
import random,threading,time
from Queue import Queue
#Producer thread
class Producer(threading.Thread):
  def __init__(self, t_name, queue):
    threading.Thread.__init__(self,name=t_name)
    self.data=queue
  def run(self):
    for i in range(10):  #随机产生10个数字 ，可以修改为任意大小
      randomnum=random.randint(1,99)
      print "%s: %s is producing %d to the queue!" % (time.ctime(), self.getName(), randomnum)
      self.data.put(randomnum) #将数据依次存入队列
      time.sleep(1)
    print "%s: %s finished!" %(time.ctime(), self.getName())
 
#Consumer thread
class Consumer_even(threading.Thread):
  def __init__(self,t_name,queue):
    threading.Thread.__init__(self,name=t_name)
    self.data=queue
  def run(self):
    while 1:
      try:
        val_even = self.data.get(1,5) #get(self, block=True, timeout=None) ,1就是阻塞等待,5是超时5秒
        if val_even%2==0:
          print "%s: %s is consuming. %d in the queue is consumed!" % (time.ctime(),self.getName(),val_even)
          time.sleep(2)
        else:
          self.data.put(val_even)
          time.sleep(2)
      except:   #等待输入，超过5秒 就报异常
        print "%s: %s finished!" %(time.ctime(),self.getName())
        break
class Consumer_odd(threading.Thread):
  def __init__(self,t_name,queue):
    threading.Thread.__init__(self, name=t_name)
    self.data=queue
  def run(self):
    while 1:
      try:
        val_odd = self.data.get(1,5)
        if val_odd%2!=0:
          print "%s: %s is consuming. %d in the queue is consumed!" % (time.ctime(), self.getName(), val_odd)
          time.sleep(2)
        else:
          self.data.put(val_odd)
          time.sleep(2)
      except:
        print "%s: %s finished!" % (time.ctime(), self.getName())
        break
#Main thread
def main():
  queue = Queue()
  producer = Producer('Pro.', queue)
  consumer_even = Consumer_even('Con_even.', queue)
  consumer_odd = Consumer_odd('Con_odd.',queue)
  producer.start()
  consumer_even.start()
  consumer_odd.start()
  producer.join()
  consumer_even.join()
  consumer_odd.join()
  print 'All threads terminate!'
 
if __name__ == '__main__':
  main()