Python multiprocessing 進程間通訊：Pipe 與 Queue 詳細比較

Python multiprocessing 模組提供兩種進程間通訊（IPC）機制：Pipe（管道）與 Queue（佇列）。兩者底層皆基於管道實作，但適用場景與 API 設計差異顯著。

Pipe：雙向點對點通訊

• multiprocessing.Pipe(duplex=True) 回傳 (conn1, conn2) 兩個連線物件。
• 僅限兩個進程之間通訊（一對一）。
• duplex=True（預設）為雙向，False 為單向（conn1 僅收、conn2 僅送）。
• 方法：send(obj)、recv()、poll(timeout)。

Pipe 範例：單向傳送、多進程接收

import multiprocessing, time

def sender(conn):
    for i in range(10):
        print(f"發送 {i}")
        conn.send(i)
        time.sleep(0.5)
    conn.close()

def receiver(conn, name):
    while True:
        msg = conn.recv()
        if msg is None: break
        print(f"{name} 接收: {msg}")

if __name__ == '__main__':
    parent, child = multiprocessing.Pipe()
    p1 = multiprocessing.Process(target=sender, args=(child,))
    p2 = multiprocessing.Process(target=receiver, args=(parent, 'R1'))
    p3 = multiprocessing.Process(target=receiver, args=(parent, 'R2'))  # 競爭接收
    p1.start(); p2.start(); p3.start()
    p1.join(); p2.join(); p3.join()

Queue：多生產者/消費者、執行緒安全

• 內建鎖與信號量，支援多進程並發存取。
• Queue(maxsize) 可限制長度，預設無上限。
• 方法：put()/get()（阻塞）、put_nowait()/get_nowait()（非阻塞）、qsize()/empty()/full()（不可靠）、close()/join_thread()。
• 適用於工作佇列、任務分發、結果收集等多進程協作模式。

Queue 範例：固定長度阻塞行為

import multiprocessing, time

def producer(q):
    for i in range(10):
        q.put(i)
        print(f"放入 {i}")
    q.put(None)  # 結束信號

def consumer(q, name):
    while True:
        item = q.get()
        if item is None:
            q.put(None)  # 傳遞給下一個消費者
            break
        print(f"{name} 處理 {item}")
        time.sleep(0.2)

if __name__ == '__main__':
    q = multiprocessing.Queue(maxsize=3)
    p1 = multiprocessing.Process(target=producer, args=(q,))
    c1 = multiprocessing.Process(target=consumer, args=(q, 'C1'))
    c2 = multiprocessing.Process(target=consumer, args=(q, 'C2'))
    p1.start(); c1.start(); c2.start()
    p1.join(); c1.join(); c2.join()

選擇指南

實務上，Queue 是多進程架構的標準選擇；Pipe 僅用於極簡雙進程場景。