Python को queue मोड्युल गाइड | आधारभूतदेखि उन्नत प्रयोगसम्म

1. Python को क्यू के हो?

क्यूको मूल अवधारणा

• टास्कको शेड्युलिङ: पहिले सुरु भएको टास्कलाई क्रमशः कार्यान्वयन गर्ने।
• बफरिङ: स्ट्रिम डेटा निश्चित मात्रामा क्यूमा सङ्ग्रह गरी क्रमशः प्रक्रिया गर्ने।
• मल्टिथ्रेड बीचको सञ्चार: धेरै थ्रेडहरू एकै समयमा डेटा प्रक्रिया गर्दा, क्यू प्रयोग गरेर डेटाको क्रम व्यवस्थापन गर्न सकिन्छ।

2. Python मा क्यूको प्रयोग

क्यूको सामान्य प्रयोगहरू

• टास्क शेड्युलिङ: धेरै टास्कहरूलाई क्रमशः प्रक्रिया गर्दा, यो उत्तम विधिहरूमध्ये एक हो। उदाहरणका लागि, वेब सर्भरले धेरै अनुरोधहरू प्राप्त गर्दा, ती अनुरोधहरूलाई क्यूमा क्रमशः थपेर, क्रमशः प्रक्रिया गरेर, स्रोतहरूलाई प्रभावकारी रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।
• डेटा बफरिङ: स्ट्रिम प्रोसेसिङ गर्दा डेटा अस्थायी रूपमा सङ्ग्रह गरेर, प्रोसेसिङले पक्रनु अघि पर्खनको लागि बफरको रूपमा काम गर्छ। उदाहरणका लागि, भिडियो स्ट्रिमिङ वा रियल‑टाइम डेटा प्रोसेसिङमा उपयोगी हुन्छ।
• मल्टिथ्रेड बीचको डेटा साझेदारी: क्यू विभिन्न थ्रेडहरू बीच सुरक्षित रूपमा डेटा साटासाट गर्नको लागि उपकरणको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। मल्टिथ्रेड प्रोग्राममा, क्यू प्रयोग गरेर टास्कहरूलाई थ्रेडहरू बीच बाँड्न सकिन्छ।

3. queue मोड्युलको अवलोकन

वर्गहरूको विवरण

1. Queue (FIFO क्यू)
   • सबैभन्दा आधारभूत क्यू हो, जसमा पहिले थपिएका वस्तुहरू पहिलो पटक निकालिन्छ। FIFO (First In, First Out) विधि अपनाइएको छ।
   • उदाहरण प्रयोग：
   import queue q = queue.Queue() q.put("task1") q.put("task2") print(q.get()) ## "task1" प्रिन्ट हुन्छ
2. LifoQueue (LIFO क्यू)
   • स्ट्याक जस्तै, अन्तिममा थपिएका वस्तुहरू पहिलो पटक निकालिन्छ। LIFO (Last In, First Out) विधि अपनाइएको छ।
   • उदाहरण प्रयोग：
   import queue q = queue.LifoQueue() q.put("task1") q.put("task2") print(q.get()) ## "task2" प्रिन्ट हुन्छ
3. PriorityQueue (प्राथमिकता क्यू)
   • प्राथमिकताका आधारमा वस्तुहरू निकालिन्छ। सानो मान उच्च प्राथमिकता मानिन्छ।
   • उदाहरण प्रयोग： import queue q = queue.PriorityQueue() q.put((1, "task1")) q.put((3, "task3")) q.put((2, "task2")) print(q.get()) ## "(1, 'task1')" प्रिन्ट हुन्छ

4. FIFO क्यूको कार्यान्वयन विधि

मूलभूत प्रयोग

import queue

## FIFO क्यूको निर्माण
q = queue.Queue()

## क्यूमा तत्वहरू थप्नुहोस्
q.put("apple")
q.put("banana")
q.put("cherry")

## क्यूबाट तत्वहरू निकाल्नुहोस्
while not q.empty():
    print(q.get())

व्यावहारिक प्रयोग उदाहरण

5. उन्नत क्यू अपरेशनहरू

क्यूका मेथडहरू

1. qsize()
   • क्यूमा संग्रहित तत्वहरूको संख्या फिर्ता गर्दछ। क्यू खाली छ कि छैन जाँच गर्न उपयोगी हुन्छ。
   • उदाहरण：
   q = queue.Queue() q.put("task1") print(q.qsize()) ## 1 प्रिन्ट हुन्छ
2. empty()
   • क्यू खाली छ कि छैन निर्धारण गर्दछ। True वा False फिर्ता हुन्छ。
   • उदाहरण：
   q = queue.Queue() print(q.empty()) ## True प्रिन्ट हुन्छ
3. full()
   • क्यू भरिएको छ कि छैन निर्धारण गर्दछ। maxsize सेट गरिएको भएमा यो मान्य हुन्छ。
   • उदाहरण：
   q = queue.Queue(maxsize=2) q.put("task1") q.put("task2") print(q.full()) ## True प्रिन्ट हुन्छ
4. put(item)
   • क्यूमा आइटम थप्दछ। block=True डिफल्ट रूपमा सेट गरिएको छ, जसले ब्लकिङ हुन सक्छ। टाइमआउट निर्दिष्ट गरेर प्रक्रिया सीमित गर्न पनि सम्भव छ。
   • उदाहरण：
   q = queue.Queue() q.put("task1")
5. get()
   • क्यूबाट आइटम निकाल्दछ। यदि आइटम उपलब्ध छैन भने, block=True अवस्थामा, आइटम थपिने सम्म पर्खन्छ。
   • उदाहरण： q = queue.Queue() q.put("task1") task = q.get() print(task) ## "task1" प्रिन्ट हुन्छ

6. क्यूमा अपवाद ह्यान्डलिंग

क्यूको अपवाद ह्यान्डलिंग

1. queue.Full
   • क्यू पूर्ण भएको अवस्थामा put() कल गर्दा यो उत्पन्न हुन्छ।
   • अपवाद ह्यान्डलिंग उदाहरण:
   try: q.put("task", block=False) except queue.Full: print("क्यू पूर्ण छ")
2. queue.Empty
   • क्यू खाली भएको अवस्थामा get() कल गर्दा यो उत्पन्न हुन्छ।
   • अपवाद ह्यान्डलिंग उदाहरण: try: task = q.get(block=False) except queue.Empty:क्यू खाली छ")

7. Python को मल्टिथ्रेडमा क्यूको प्रयोग

मल्टिथ्रेडमा कार्य व्यवस्थापन

import queue
import threading

## क्यूको निर्माण
q = queue.Queue()

## कार्यकर्ता थ्रेडको परिभाषा
def worker():
    while True:
        item = q.get()
        print(f"प्रक्रिया भइरहेको: {item}")
        q.task_done()

## थ्रेड सुरु गर्नुहोस्
threading.Thread(target=worker, daemon=True).start()

## कार्यलाई क्यूमा थप्नुहोस्
for item in range(5):
    q.put(item)

## सबै कार्यको समाप्तिको प्रतीक्षा
q.join()
print("सबै कार्यहरू समाप्त भए")

8. सीमित क्यू (Bounded Queue) को प्रयोग

सीमित क्यू भनेको के हो?

1. आइटम थप्न नसकेको अवस्थामा कार्य क्यू भरिएर नयाँ आइटम थप्ने प्रयास गर्दा, क्यूको क्षमताअनुसार कार्य गरिन्छ। सामान्य कार्यहरू दुई प्रकारका छन्।

• नयाँ आइटमको अस्वीकृति: क्यू भरिएपछि, थप आइटम स्वीकार गरिँदैन, नयाँ आइटमको थप्ने प्रयास अस्वीकृत हुन्छ।
• पुरानो आइटमको अधिलेखन: क्यूको सबैभन्दा पुरानो आइटमलाई हटाएर, त्यहाँ नयाँ आइटम थपिन्छ।

1. स्रोत व्यवस्थापन सीमित क्यूलाई स्रोत (मेमोरी, CPU आदि) लाई प्रभावकारी रूपमा व्यवस्थापन गर्न प्रयोग गरिन्छ। स्रोतको दुरुपयोग टाल्न, सीमित दायरामा कार्यहरू प्रक्रिया गर्न मद्दत गर्छ।

उदाहरण प्रयोग

import queue

## सीमित क्यू सिर्जना गर्नुहोस्
q = queue.Queue(maxsize=3)

## क्यूमा आइटम थप्नुहोस्
q.put("task1")
q.put("task2")
q.put("task3")

## थप आइटम थप्ने प्रयास गर्दा, ब्लक वा अपवाद उत्पन्न हुन्छ
try:
    q.put_nowait("task4")
except queue.Full:
    print("क्यू भरिएको छ")

9. निष्कर्ष