queue 模块是 Python 标准库中的一个重要模块，主要用于提供线程安全的队列类，适用于多线程编程中不同线程之间的数据交换。它提供了 3 种类型的队列：
- queue.Queue：FIFO（先进先出）队列
- queue.LifoQueue：LIFO（后进先出）队列
- queue.PriorityQueue：优先级队列
每种队列都具有线程安全特性，能够在多线程环境中安全地使用。
1. 导入 queue 模块
queue 是 Python 内置模块，无需安装，可以直接导入：
import queue
2. queue.Queue（FIFO队列）
queue.Queue 是最常用的队列类型，它实现了先进先出（FIFO）的队列行为。常用于任务队列、数据流传递等场景。
2.1 基本操作
import queue# 创建一个队列，指定最大队列大小（这里设置为3）
q = queue.Queue(maxsize=3)# 向队列中添加元素
q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)# 获取队列中的元素print(q.get())
# 输出：1print(q.get())
# 输出：2# 向队列添加元素，队列已满时会阻塞#
q.put(4)
# 阻塞# 使用非阻塞模式向队列添加元素（如果队列满了则抛出异常）
try:q.put_nowait(4)
except queue.Full:print("队列已满")# 使用非阻塞模式从队列获取元素（如果队列空则抛出异常）
try:print(q.get_nowait())
except queue.Empty:print("队列为空")2.2 阻塞与非阻塞
put(block=True, timeout=None): 将元素放入队列，默认阻塞直到有空间可用。
-
- block=False：立即返回，如果队列已满会抛出 queue.Full 异常。
- timeout: 如果设置了 timeout，在等待 timeout 时间后仍未能放入元素，则抛出 queue.Full 异常。
get(block=True, timeout=None): 从队列中取出元素，默认阻塞直到有元素可取。
-
- block=False：立即返回，如果队列为空会抛出 queue.Empty 异常。
- timeout: 如果设置了 timeout，在等待 timeout 时间后仍未能获取元素，则抛出 queue.Empty 异常。
示例：阻塞和非阻塞
import timeimport queueq = queue.Queue(maxsize=3)# 异步加入任务
def producer():for i in range(5):print(f"生产者生产了 {i}")q.put(i) # 可能会阻塞time.sleep(1)# 异步获取任务
def consumer():while True:try:item = q.get(timeout=2) # 设置超时，2秒内没有任务就抛出异常print(f"消费者消费了 {item}")q.task_done()except queue.Empty:print("队列为空，消费者停止")breakimport threadingproducer_thread = threading.Thread(target=producer)
consumer_thread = threading.Thread(target=consumer)producer_thread.start()
consumer_thread.start()producer_thread.join()
consumer_thread.join()3. queue.LifoQueue（LIFO队列）
LifoQueue 是后进先出（LIFO）队列，行为类似于栈。元素的获取顺序是反向的，先入的元素最后被取出。
示例：LIFO 队列
import queue# 创建 LIFO 队列
q = queue.LifoQueue()# 添加元素
q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)# 获取元素print(q.get())
# 输出：3print(q.get())
# 输出：24. queue.PriorityQueue（优先级队列）
PriorityQueue 是一个基于优先级的队列。每个元素都是一个 (priority, data) 元组，其中 priority 是优先级，数值越小的优先级越高。队列会按照优先级的顺序返回元素。
示例：PriorityQueue 队列
import queue# 创建优先级队列
pq = queue.PriorityQueue()# 插入元素（优先级, 数据）
pq.put((3, 'task 3'))
pq.put((1, 'task 1'))
pq.put((2, 'task 2'))# 获取元素，按优先级顺序
print(pq.get()) # 输出：(1, 'task 1')print(pq.get()) # 输出：(2, 'task 2')print(pq.get()) # 输出：(3, 'task 3')示例：自定义优先级队列
import queue# 创建优先级队列
pq = queue.PriorityQueue()# 插入元素（优先级, 数据）
pq.put((5, 'task 5'))
pq.put((1, 'task 1'))
pq.put((3, 'task 3'))# 获取元素，按优先级顺序
print(pq.get()) # 输出：(1, 'task 1')print(pq.get()) # 输出：(3, 'task 3')print(pq.get()) # 输出：(5, 'task 5')5. 队列的常见方法
5.1 put()
将元素添加到队列末尾。
q.put(10) # 将元素10添加到队列
5.2 get()
从队列中取出元素。
item = q.get() # 获取并移除队列中的第一个元素
5.3 task_done()
调用 task_done() 来通知队列任务已完成。当使用 join() 来等待队列中所有任务完成时，必须调用 task_done()。
q.task_done() # 通知任务完成
5.4 join()
join() 会等待队列中所有任务完成后再返回，通常与 task_done() 配合使用。
q.join() # 阻塞直到队列中所有任务完成
5.5 empty()
检查队列是否为空。
is_empty = q.empty() # 返回 True 如果队列为空
5.6 full()
检查队列是否已满。
is_full = q.full() # 返回 True 如果队列已满
6. 使用 queue 模块的最佳实践
线程安全：queue 模块中的队列类（Queue、LifoQueue、PriorityQueue）是线程安全的，可以在多线程环境下使用。不要使用普通的列表替代队列。
使用 task_done() 和 join()：如果你在多线程中使用队列，确保每个任务完成后调用 task_done()，并在主线程中使用 join() 等待所有任务完成。
处理 queue.Empty 和 queue.Full 异常：使用非阻塞方式时，务必捕获并处理 queue.Empty 或 queue.Full 异常，以避免程序崩溃。
Python 的 queue 模块提供了线程安全的队列类，适用于多线程编程中数据交换的需求。常用的队列有 queue.Queue（FIFO）、queue.LifoQueue（LIFO）和 queue.PriorityQueue（优先级队列）。通过正确使用这些队列类型和相关方法，可以有效地管理多线程任务和数据流。
