面试题：Python进程间通信之高级难度：管道通信实践

Question

使用Python的`multiprocessing`模块中的管道（Pipe）实现两个进程间的双向通信。一个进程发送一系列数字，另一个进程接收并计算这些数字的平方，然后将结果返回给发送进程。请写出完整代码，并解释代码中涉及的关键步骤和注意事项。

Answer 1

import multiprocessing


def sender(conn):
    numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
    for num in numbers:
        conn.send(num)
        print(f"发送数字: {num}")
    result = conn.recv()
    print(f"接收结果: {result}")
    conn.close()


def receiver(conn):
    squared_results = []
    while True:
        if conn.poll():
            num = conn.recv()
            squared_results.append(num * num)
            if len(squared_results) == 5:
                conn.send(squared_results)
                break
    conn.close()


if __name__ == '__main__':
    parent_conn, child_conn = multiprocessing.Pipe()
    p1 = multiprocessing.Process(target=sender, args=(parent_conn,))
    p2 = multiprocessing.Process(target=receiver, args=(child_conn,))
    p1.start()
    p2.start()
    p1.join()
    p2.join()

关键步骤

1. 创建管道：

   parent_conn, child_conn = multiprocessing.Pipe()
   

   使用multiprocessing.Pipe()创建一个管道对象，返回两个连接对象，parent_conn和child_conn，分别用于两个进程间的通信。

2. 定义发送进程：

   def sender(conn):
       numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
       for num in numbers:
           conn.send(num)
           print(f"发送数字: {num}")
       result = conn.recv()
       print(f"接收结果: {result}")
       conn.close()
   

   发送进程通过管道发送一系列数字，然后等待接收计算后的平方结果。conn.send()用于发送数据，conn.recv()用于接收数据。

3. 定义接收进程：

   def receiver(conn):
       squared_results = []
       while True:
           if conn.poll():
               num = conn.recv()
               squared_results.append(num * num)
               if len(squared_results) == 5:
                   conn.send(squared_results)
                   break
       conn.close()
   

   接收进程不断检查管道是否有数据到达（conn.poll()），如果有数据则接收（conn.recv()），计算平方并存储，当接收到5个数字后，将计算结果发送回发送进程。

4. 启动进程：

   if __name__ == '__main__':
       p1 = multiprocessing.Process(target=sender, args=(parent_conn,))
       p2 = multiprocessing.Process(target=receiver, args=(child_conn,))
       p1.start()
       p2.start()
       p1.join()
       p2.join()
   

   在if __name__ == '__main__':块中，创建并启动两个进程，分别传入对应的连接对象。p1.start()和p2.start()启动进程，p1.join()和p2.join()等待进程执行完毕。

注意事项

1. if __name__ == '__main__':：在Windows系统上，必须将创建和启动进程的代码放在if __name__ == '__main__':块中，这是因为Windows使用spawn方式启动新进程，需要在主模块中进行必要的初始化。
2. 管道使用完毕后关闭：在每个进程中，使用完管道连接后需要调用conn.close()关闭连接，避免资源泄漏。
3. 数据传输的阻塞：conn.send()和conn.recv()默认是阻塞的。如果发送端在接收端准备好接收之前发送数据，发送端会一直阻塞，直到接收端调用conn.recv()。同样，conn.recv()也会阻塞，直到有数据可用。conn.poll()可用于非阻塞地检查是否有数据可接收。