面试题：Python进程间通信之管道通信的应用场景

Question

请阐述在Python中使用管道（Pipe）进行进程间通信的原理，并举例说明一个适合使用管道通信的实际应用场景，同时写出简单的代码示例来展示管道通信的基本用法。

Answer 1

1. Python中管道（Pipe）进行进程间通信的原理

在Python中，multiprocessing模块提供的Pipe类用于进程间通信。管道是一种半双工的通信机制，它有两端，一端用于发送数据（send），另一端用于接收数据（recv）。

当创建一个管道时，系统会在内核空间中开辟一块缓冲区，进程通过管道对象的send和recv方法来对这块缓冲区进行读写操作。当一个进程向管道发送数据时，数据会被复制到内核缓冲区中；当另一个进程从管道接收数据时，数据从内核缓冲区复制到接收进程的用户空间。

2. 适合使用管道通信的实际应用场景

例如，在一个数据处理系统中，有一个数据生成进程和一个数据处理进程。数据生成进程不断生成数据，数据处理进程需要实时获取这些数据并进行处理。这种情况下就可以使用管道进行通信，数据生成进程将数据通过管道发送给数据处理进程。

3. 代码示例

import multiprocessing


def sender(conn):
    data = [1, 2, 3, 4, 5]
    for num in data:
        conn.send(num)
        print(f"发送数据: {num}")
    conn.close()


def receiver(conn):
    while True:
        try:
            data = conn.recv()
            print(f"接收数据: {data}")
        except EOFError:
            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()

在上述代码中：

• multiprocessing.Pipe()创建了一个管道，返回两个连接对象parent_conn和child_conn。
• sender函数负责向管道发送数据。
• receiver函数负责从管道接收数据。
• 在if __name__ == '__main__':块中，创建了两个进程，一个运行sender函数，另一个运行receiver函数，并启动和等待它们完成。