扩展 Python 优先级队列

现在需要扩展Python的优先级队列。用户可能指的是Python中的优先队列实现，比如queue.PriorityQueue或者heapq模块。让我先理清楚这两个的区别。PriorityQueue是基于heapq实现的，而heapq是一个堆队列算法，也就是优先队列的一种实现方式。

用户说的“扩展”可能是指添加额外的功能或者修改现有行为。可能的扩展方向包括：支持动态调整优先级，增加查找、删除任意元素的功能，或者改变排序顺序，比如最大堆等。我需要先确定用户具体需要什么扩展，但问题描述中没有明确说明，所以我得考虑常见的需求。

1、问题背景

在 Python 中，Queue.PriorityQueue 提供了一种基于优先级调度任务的队列。现在有一个需求，想要扩展这个队列，使其具有以下功能：

• 工作人员也有优先级。当多个工作人员空闲时，优先级最高的工作人员应处理传入的工作包。
• 并非每个工作人员都能处理每个工作包，因此需要一种机制来检查工作包类型和工作人员的能力是否匹配。

2、解决方案

为了实现上述功能，可以从头开始构建一个新的队列，也可以扩展现有的 Queue.PriorityQueue 或 Queue。这里提供了一种扩展 Queue.PriorityQueue 的方法：

1. 扩展 Queue.PriorityQueue 类

首先，创建一个新的类 AdvancedQueue，它是 Queue.PriorityQueue 的子类。然后，重写 AdvancedQueue 的 put() 和 get() 方法，以实现上述功能。

2. 重写 put() 方法

在 put() 方法中，当把一个项目放入队列时，首先检查队列是否已满。如果队列已满，则阻塞或超时，直到有空闲位置。然后，将项目放入队列，并通知所有等待的线程。

3. 重写 get() 方法

在 get() 方法中，当从队列中获取一个项目时，首先检查队列是否为空。如果队列为空，则阻塞或超时，直到有项目可用。然后，依次检查队列中的项目，直到找到一个与工作人员能力匹配的项目。如果找到匹配的项目，则将其从队列中移除并返回给工作人员。如果找不到匹配的项目，则抛出 Empty 异常。

4. 实现工作人员优先级和能力匹配机制

为了实现工作人员优先级和能力匹配机制，需要创建一个新的类 Worker，该类包含工作人员的优先级和能力信息。然后，在选择工作人员时，根据工作人员的优先级进行排序，并依次检查每个工作人员的能力，直到找到一个与工作包类型匹配的工作人员。

5. 代码示例

以下是 AdvancedQueue 类的代码示例：

import Queue
from Queue import Empty, Full
from time import time as _time
import heapq

class AdvancedQueue(Queue.PriorityQueue):

    # Initialize the queue representation
    def _init(self, _maxsize):
        self.queue = []
        self.worker = []

    def put(self, item, block=True, timeout=None):
        '''
        Put an item into the queue.

        If optional args 'block' is true and 'timeout' is None (the default),
        block if necessary until a free slot is available. If 'timeout' is
        a positive number, it blocks at most 'timeout' seconds and raises
        the Full exception if no free slot was available within that time.
        Otherwise ('block' is false), put an item on the queue if a free slot
        is immediately available, else raise the Full exception ('timeout'
        is ignored in that case).
        '''
        self.not_full.acquire()
        try:
            if self.maxsize > 0:
                if not block:
                    if self._qsize() == self.maxsize:
                        raise Full
                elif timeout is None:
                    while self._qsize() == self.maxsize:
                        self.not_full.wait()
                elif timeout < 0:
                    raise ValueError("'timeout' must be a positive number")
                else:
                    endtime = _time() + timeout
                    while self._qsize() == self.maxsize:
                        remaining = endtime - _time()
                        if remaining <= 0.0:
                            raise Full
                        self.not_full.wait(remaining)
            self._put(item)
            self.unfinished_tasks += 1
            self.not_empty.notifyAll()  # only change
        finally:
            self.not_full.release()

    def get(self, worker, block=True, timeout=None):
        self.not_empty.acquire()
        try:
            self._put_worker(worker)

            if not block:
                if not self._qsize():
                    raise Empty
                else:
                    return self._choose_worker(worker)
            elif timeout is None:
                while True:
                    while not self._qsize():
                        self.not_empty.wait()
                    try:
                        return self._choose_worker(worker)
                    except Empty:
                        self.not_empty.wait()

            elif timeout < 0:
                raise ValueError("'timeout' must be a positive number")
            else:
                endtime = _time() + timeout
                def wait(endtime):
                    remaining = endtime - _time()
                    if remaining <= 0.0:
                        raise Empty
                    self.not_empty.wait(remaining)

                while True:
                    while not self._qsize():
                        wait(endtime)

                    try:
                        return self._choose_worker(worker)
                    except Empty:
                        wait(endtime)
        finally:
            self._remove_worker(worker)
            self.not_empty.release()

    # Put a new worker in the worker queue
    def _put_worker(self, worker, heappush=heapq.heappush):
        heappush(self.worker, worker)

    # Remove a worker from the worker queue
    def _remove_worker(self, worker):
        self.worker.remove(worker)

    # Choose a matching worker with highest priority
    def _choose_worker(self, worker):
        worker_copy = self.worker[:]    # we need a copy so we can remove assigned worker
        for item in self.queue:
            for enqueued_worker in worker_copy:
                if item[1].type in enqueued_worker[1].capabilities:
                    if enqueued_worker == worker:
                        self.queue.remove(item)
                        self.not_full.notify()
                        return item
                    else:
                        worker_copy.remove(enqueued_worker)
                        # item will be taken by enqueued_worker (which has higher priority),
                        # so enqueued_worker is busy and can be removed
                        continue
        raise Empty

6. 使用方法

要使用 AdvancedQueue，可以按照以下步骤进行：

1. 创建一个 AdvancedQueue 对象。
2. 使用 put() 方法向队列中添加项目。
3. 使用 get() 方法从队列中获取项目。

在使用 AdvancedQueue 时，需要指定工作人员的优先级和能力信息。可以使用 Worker 类来创建工作人员对象，并指定优先级和能力信息。