如何使用Python实现多线程队列

随着计算机性能的提升，我们面对的问题越来越多、越来越复杂，单线程已不能满足我们的需求。而多线程是解决这些问题最常用的方法之一。而多线程队列，可以容易地控制线程数、调整数据的并发加载等问题。

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实验背景

在一个爬虫项目中，我们想要快速地爬取多个网页并解析网页中的信息。如果我们使用单线程爬虫，程序执行的速度非常慢，而且如果遇到某个网页请求时间过长甚至导致程序卡死。那么如何使用多线程进行爬取呢？这时，多线程队列就派上用场了。

实验环境

Python 3.x
requests包
threading包
queue包

实验过程

在我们开始编写多线程队列代码之前，需要明确我们要使用到的三个包。

requests：用于网络请求，获取爬取网页数据。
threading：用于多线程。
queue：用于多线程队列。

我们可以使用requests包来发起网络请求，获取网页数据。具体代码如下所示：

import requests

# 发起GET请求
response = requests.get(url='https://www.baidu.com')

# 获取网页编码方式
response.encoding = response.apparent_encoding

# 获取网页数据
html_text = response.text

我们可以使用threading包来创建和控制多线程。具体代码如下所示：

import threading

# 定义线程函数
def thread_func(name):
    print('线程', name, '启动')
    print('线程', name, '结束')

# 创建线程
t = threading.Thread(target=thread_func, args=('test',))

# 启动线程
t.start()

我们可以使用queue包来创建和控制多线程队列。具体代码如下所示：

import queue

# 创建队列
q = queue.Queue()

# 往队列中添加数据
q.put('test data')

# 从队列中获取数据
data = q.get()

有了上述基础之后，我们就可以开始编写多线程队列代码了。

首先，我们需要明确以下几点：

使用线程池控制线程数，并提交任务。
每个线程中需要不断地从队列中获取数据，直到队列为空。
需要加锁，避免多个线程同时从队列中获取数据导致获取重复数据的情况发生。

下面，我们将这三个步骤融合在一起，编写出完整的多线程队列实现代码。

import threading
import queue

# 定义线程函数
def thread_func(q, lock, name):
    while True:
        # 加锁，避免多个线程同时获取同一个数据
        lock.acquire()

        # 判断队列是否为空
        if q.empty():
            # 释放锁
            lock.release()

            # 数据已经全部爬取完毕
            print(f'{name} done!')
            return

        # 从队列中获取数据
        data = q.get()

        # 释放锁
        lock.release()

        # 使用requests包发送GET请求
        response = requests.get(url = data)

        # 获取网页html文本
        if response.status_code == 200:
            response.encoding = response.apparent_encoding
            html_text = response.text
            print(html_text)

# 创建队列
q = queue.Queue()

# 向队列中添加需要爬取的网页URL
for i in range(10):
    q.put("https://www.baidu.com")

# 创建线程池
thread_list = []
thread_pool_size = 2

# 创建锁
lock = threading.Lock()

# 创建线程
for i in range(thread_pool_size):
    t = threading.Thread(targetthread_func, args=(q, lock, f'thread-{i+1}'))
    thread_list.append(t)

# 启动线程
for t in thread_list:
    t.start()

# 等待线程结束
for t in thread_list:
    t.join()

上述代码中，我们使用了一个while循环，不断地从队列中获取数据。当队列为空时，退出循环，线程结束。在获取数据之前，我们需要加锁，避免多个线程同时获取同一个数据的情况出现。获取到数据之后，我们使用requests包发送GET请求，并获取网页html文本。最后，将html文本进行输出即可。

我们还需要注意一下几个问题：

需要使用Lock类对线程进行加锁和解锁操作，避免多个线程同时请求同一个数据或者修改同一个变量的情况。在本示例中，我们创建了一个Lock实例lock来对任务进行加锁和解锁。
线程池中的线程数不要过多，否则会导致线程太多，程序进入繁忙状态，而且线程之间频繁切换，消耗大量的系统资源。在本示例中，我们创建了2个线程。