实例1：生产者与消费者模式

生产者与消费者模式是多线程同步应用的经典案例，它通过一个固定大小的缓冲区解决了代表“生产者”和代表“消费者”的两个线程在实际运行时发生的强耦合问题——由于生产者的生产能力与消费者的消费能力互不匹配，导致双方必须互相阻塞等待处理。在生产者与消费者模式中，生产者与消费者彼此之间通过缓冲区进行通讯，示意过程如图1所示。

1. 线程同步示例

由图1可知，生产者在生产完数据之后直接将数据存储到队列中，无需等待消费者处理；消费者直接从队列中取出数据，无需再等待生产者生产，平衡了生产者与消费者的能力。

假设现在有一群生产者（Producer）和一群消费者（Consumer）通过一个市场来交互产品。生产者的“策略”是若市场上剩余的产品少于1000个则生产100个产品放到市场上；而消费者的“策略”是若市场上剩余产品的数量多于100个则消费3个产品。

现在请使用Queue类编写一个案例，模拟以上描述的生产者与消费者模式的场景。

实例目标

1. 熟练地自定义线程
2. 掌握Queue类的使用，会使用队列实现线程同步

实例分析

按照实例描述，我们可将生产者与消费者视为两个线程，它们的要求如下：

1. 生产者线程：若队列数据长度小于1000，则调用put()方法向队列中写入数据。
2. 消费者线程：若队列中数据的长度大于100，则调用get()方法从队列取出数据。

按照如上要求需要自定义两个线程类Producer和Consumer。为了更真实地模拟生产者与消费者的场景，这里分别创建两个生产者和5个消费者。

代码实现

（1）导入Queue类，创建一个队列对象，具体代码如下。

from  queue import Queue

queue = Queue()                            # 创建队列对象

（2）定义一个代表生产者的线程类Producer。在Producer类中重写父类的run()方法， 该方法中首先设置初始的产品数量为0，然后判断队列大小是否比1000大，若大于1000则不做任何操作，否则就开始向队列中添加数据，最后让线程休眠一秒钟降低其执行效率，具体代码如下。

import threading

import time

class Producer(threading.Thread):      # 代表生产者的线程

    def run(self):

        global queue

        count = 0                           # 初始的产品数量

        while True:

            for i in range(100):

                if queue.qsize() > 1000: # 若队列的大小比1000大，不做任何操作

                     pass

                else:

                     count += 1

                     message = '生成产品' + str(count)

                     queue.put(message)    # 把新生产的产品放到队列

                     print(message)

            time.sleep(1)

（3）定义一个代表消费者的线程类Consumer。在Consumer类中重写父类的run()方法，该方法中首先判断队列中数据的大小是否小于100，若小于100则不做任何操作，否则就开始从队列中取出数据，然后让线程休眠一秒钟降低其执行效率，具体代码如下。

class Consumer(threading.Thread):       # 代表消费者的线程

    def run(self):

        global queue

        while True:

            for i in range(3):

                if queue.qsize() < 100:   # 若队列的大小比100小，不做任何操作

                    pass

                else:

                    # 从队列中销售产品

                    message = self.name + '消费了 ' + queue.get()

                    print(message)

            time.sleep(1)

（4）分别创建两个代表生产者的线程和5个代表消费者的线程，并向队列中添加500个产品，具体代码如下。

if __name__ == '__main__':

    for i in range(500):

        queue.put('初始产品' + str(i))    # 往队列中放入初始产品500个

    for i in range(2):

        producer = Producer()

        producer.start()

    for i in range(5):

        consumer = Consumer()

        consumer.start()

代码测试

运行程序，控制台不停地打印如下信息：

生成产品95

生成产品96

生成产品97

生成产品98

生成产品99

生成产品100

Thread-3消费了 初始产品15

Thread-3消费了 初始产品16

Thread-3消费了 初始产品17

Thread-4消费了 初始产品18

Thread-4消费了 初始产品19

Thread-4消费了 初始产品20

生成产品101

生成产品102

生成产品103

生成产品104

生成产品105