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Queue队列中join()与task_done()的关系及说明

2023-02-25 11:20

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join()与task_done()的关系

在网上大多关于join()与task_done()的结束原话是这样的：

Queue.task_done() 在完成一项工作之后，Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号
Queue.join() 实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

但是可能很多人还是不太理解，这里以我自己的理解来阐述这两者的关联。

理解

如果线程里每从队列里取一次，但没有执行task_done()，则join无法判断队列到底有没有结束，在最后执行个join()是等不到结果的，会一直挂起。

可以理解为，每task_done一次就从队列里删掉一个元素，这样在最后join的时候根据队列长度是否为零来判断队列是否结束，从而执行主线程。

下面看个自己写的例子：

下面这个例子，会在join()的地方无限挂起，因为join在等队列清空，但是由于没有task_done，它认为队列还没有清空，还在一直等。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
'''threading test'''
import threading
import queue
from time import sleep
#之所以为什么要用线程，因为线程可以start后继续执行后面的主线程，可以put数据，如果不是线程直接在get阻塞。
class Mythread(threading.Thread):
 def __init__(self,que):
 threading.Thread.__init__(self)
 self.queue = que
 def run(self):
 while True:
 sleep(1)
 if self.queue.empty(): #判断放到get前面，这样可以，否则队列最后一个取完后就空了，直接break，走不到print
 break
 item = self.queue.get()
 print(item,'!')
 #self.queue.task_done()
 return
que = queue.Queue()
tasks = [Mythread(que) for x in range(1)]
for x in range(10):
 
 que.put(x) #快速生产
for x in tasks:
 t = Mythread(que) #把同一个队列传入2个线程
 t.start()
 
que.join()
 
print('---success---')

如果把self.queue.task_done() 注释去掉，就会顺利执行完主程序。

这就是“ Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号”这句话的意义，能够让join()函数能判断出队列还剩多少，是否清空了。

而事实上我们看下queue的源码可以看出确实是执行一次未完成队列减一：

 def task_done(self):
 '''Indicate that a formerly enqueued task is complete.
 Used by Queue consumer threads. For each get() used to fetch a task,
 a subsequent call to task_done() tells the queue that the processing
 on the task is complete.
 If a join() is currently blocking, it will resume when all items
 have been processed (meaning that a task_done() call was received
 for every item that had been put() into the queue).
 Raises a ValueError if called more times than there were items
 placed in the queue.
 '''
 with self.all_tasks_done:
 unfinished = self.unfinished_tasks - 1
 if unfinished <= 0:
 if unfinished < 0:
 raise ValueError('task_done() called too many times')
 self.all_tasks_done.notify_all()
 self.unfinished_tasks = unfinished

快速生产-快速消费

上面的演示代码是快速生产-慢速消费的场景，我们可以直接用task_done()与join()配合，来让empty()判断出队列是否已经结束。

当然，queue我们可以正确判断是否已经清空，但是线程里的get队列是不知道，如果没有东西告诉它，队列空了，因此get还会继续阻塞，那么我们就需要在get程序中加一个判断，如果empty()成立，break退出循环，否则get()还是会一直阻塞。

慢速生产-快速消费

但是如果生产者速度与消费者速度相当，或者生产速度小于消费速度，则靠task_done()来实现队列减一则不靠谱，队列会时常处于供不应求的状态，常为empty，所以用empty来判断则不靠谱。

那么这种情况会导致 join可以判断出队列结束了，但是线程里不能依靠empty()来判断线程是否可以结束。

我们可以在消费队列的每个线程最后塞入一个特定的“标记”，在消费的时候判断，如果get到了这么一个“标记”，则可以判定队列结束了，因为生产队列都结束了，也不会再新增了。

代码如下：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
'''threading test'''
import threading
import queue
from time import sleep
#之所以为什么要用线程，因为线程可以start后继续执行后面的主线程，可以put数据，如果不是线程直接在get阻塞。
class Mythread(threading.Thread):
 def __init__(self,que):
 threading.Thread.__init__(self)
 self.queue = que
 def run(self):
 while True:
 item = self.queue.get()
 self.queue.task_done() #这里要放到判断前，否则取最后最后一个的时候已经为空，直接break，task_done执行不了，join()判断队列一直没结束
 if item == None:
 break
 print(item,'!')
return
que = queue.Queue()
tasks = [Mythread(que) for x in range(1)]
 #快速生产
for x in tasks:
 t = Mythread(que) #把同一个队列传入2个线程
 t.start()
for x in range(10):
 sleep(1)
 que.put(x)
for x in tasks:
 que.put(None)
que.join()
print('---success---')