Python 進程間通信

一、介紹

在一個複雜的應用程序中，通常會有多個進程同時運行，這些進程之間需要相互通信以實現各自的功能。進程間通信（IPC）是指在多進程之間傳輸數據或信號的方法。

二、IPC通信方式

Python 在進程間通信方面提供了多種通信方式，如下所示：

1. 管道（Pipe）

管道是一種全雙工的通信方式，流向可以雙向。在 Python 中，可以使用 os.pipe() 函數創建一個管道，該函數返回兩個文件描述符，分別代表管道的讀端和寫端。管道適用於具有父子關係的進程之間的通信。下面是一個示例代碼：

import os
r, w = os.pipe()
pid = os.fork()
if pid:
    os.close(w)
    r = os.fdopen(r)
    print("parent got '{0}'".format(r.read()))
else:
    os.close(r)
    w = os.fdopen(w, 'w')
    w.write('message from child')
    w.close()

2. 命名管道（FIFO）

命名管道也是一種全雙工的通信方式，和管道類似，流向可以雙向。不同的是，它可以跨越不同進程之間的通信。在 Python 中使用 os.mkfifo() 函數創建一個命名管道，該函數返回一個文件對象，可以像普通文件一樣進行讀寫操作。下面是一個示例代碼：

import os
fifo = '/tmp/myfifo'
if not os.path.exists(fifo):
    os.mkfifo(fifo)
pid = os.fork()
if pid:
    r = os.open(fifo, os.O_RDONLY)
    print("parent got '{0}'".format(os.read(r, 100)))
    os.close(r)
else:
    w = os.open(fifo, os.O_WRONLY)
    os.write(w, 'message from child')
    os.close(w)

3. 套接字（Socket）

套接字是一種更為通用的通信方式，它可以在不同的機器上的進程之間進行通信。在 Python 中，可以使用 socket.socket() 函數創建一個套接字對象，並使用 socket.bind() 函數將其綁定到一個特定的地址和埠上，然後使用 socket.listen() 函數監聽連接請求，使用 socket.accept() 函數接受連接請求，並使用 socket.recv() 和 socket.send() 函數進行讀寫操作。下面是一個示例代碼：

import socket
host = ''
port = 5000
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind((host, port))
sock.listen(1)
conn, addr = sock.accept()
print('Connected by', addr)
data = conn.recv(1024)
conn.sendall(data)
conn.close()

4. 文件

文件是一種最簡單的 IPC 通信方式，在不同進程之間傳輸文件可以使用共享內存（mmap）技術，這樣多個進程可以共享同一個文件。在 Python 中，可以使用 os.open() 和 os.close() 函數打開和關閉文件，使用 os.read() 和 os.write() 函數進行讀寫操作。下面是一個示例代碼：

import os
path = '/tmp/test.txt'
pid = os.fork()
if pid:
    with open(path) as f:
        print(f.read())
else:
    with open(path, 'w') as f:
        f.write('message from child')

三、進程池

Python 進程池為多進程提供了一種簡單的方式，可以在多個進程間共享數據和資源。在 Python 中可以使用 concurrent.futures 庫中的 ProcessPoolExecutor 類來創建進程池，使用 map() 函數來並行執行某個函數。下面是一個示例代碼：

import concurrent.futures
def worker(data):
    return data * data
if __name__ == '__main__':
    with concurrent.futures.ProcessPoolExecutor() as executor:
        results = list(executor.map(worker, [1, 2, 3, 4, 5]))
    print(results)

四、消息隊列

消息隊列是一種非同步通信方式，它將進程之間的通信變為一個事件驅動的過程。在 Python 中可以使用 queue 模塊中的 Queue 類來創建消息隊列，使用 put() 和 get() 函數進行入隊和出隊。下面是一個示例代碼：

import queue
q = queue.Queue()
q.put('message from parent')
pid = os.fork()
if pid:
    print(q.get())
else:
    print(q.get())
    q.put('message from child')

五、總結

Python 進程間通信提供了多種通信方式，選取合適的方式可以大大提高程序的性能和可讀性。開發者在實際開發中應該結合具體情況進行選擇。以上代碼僅供參考，具體實現可以根據需求進行修改。