如何在 Python 中实现优先级队列?


简介...

queue 模块提供了一个先进先出 (FIFO) 和后进先出 (LIFO) 的数据结构,适用于多线程编程。队列可以安全地用于在创建者和使用者线程之间传递数据或任何广泛的信息,例如会话详细信息、路径、变量等。锁定通常由调用者处理。

注意:本讨论假设您已经了解队列的一般性质。如果您不了解,您可能需要阅读一些参考内容后再继续。

1. 让我们实现一个基本的 FIFO 队列。

import queue
fifo = queue.Queue()

# put numbers into queue
for i in range(5):
fifo.put(i)

# if not empty get the numbers from queue
print(f"Ouput \n")
while not fifo.empty():
print(f" {fifo.get()} ")

输出

0
1
2
3
4

2. 上述示例使用单个线程来展示元素如何按照插入顺序从队列中移除。

3. 让我们实现一个基本的 LIFO 队列。

import queue
lifo = queue.LifoQueue()

# put numbers into queue
for i in range(5):
lifo.put(i)

print(f"Ouput \n")
# if not empty get the numbers from queue
while not lifo.empty():
print(f" {lifo.get()} ")

输出

4
3
2
1
0

4. 上述示例显示,最近放入队列的元素会被 get() 方法移除。

5. 最后,我们将了解如何实现优先级队列。

有时,队列中项目的处理顺序需要基于这些项目的优先级,而不是它们创建或添加到队列的顺序。例如,生产环境中运行的关键业务作业需要最高的 CPU 和优先级,优先于开发人员想要打印的打印作业。PriorityQueue 使用队列内容的排序顺序来决定要检索哪个项目。

import queue
import threading

# Class to get the priority and description and validate the priority
class Job:
def __init__(self, priority, description):
self.priority = priority
self.description = description
print('New job:', description)
return

def __eq__(self, other):
try:
return self.priority == other.priority
except AttributeError:
return NotImplemented

def __lt__(self, other):
try:
return self.priority < other.priority
except AttributeError:
return NotImplemented

# create a priority queue and define the priority
q = queue.PriorityQueue()
q.put(Job(90, 'Developer-Print job'))
q.put(Job(2, 'Business-Report job'))
q.put(Job(1, 'Business-Critical Job'))

# process the job
def process_job(q):
while True:
next_job = q.get()
print(f" *** Now, Processing the job - {next_job.description}")
q.task_done()

# define the threads
workers = [
threading.Thread(target=process_job, args=(q,)),
threading.Thread(target=process_job, args=(q,)), ]

# call the threads and join them.
for w in workers:
w.setDaemon(True)
w.start()

q.join()

输出

job: Developer-Print job
New job: Business-Report job
New job: Business-Critical Job

输出

*** Now, Processing the job - Business-Critical Job
*** Now, Processing the job - Business-Report job
*** Now, Processing the job - Developer-Print job

6. 此示例有多个线程消费作业,这些作业根据调用 get() 时队列中项目的优先级进行处理。处理顺序基于业务关键性,而不管它们添加的顺序如何。

更新于: 2020年11月10日

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