python多線程編程(2): 使用互斥鎖同步線程


上一節的例子中,每個線程互相獨立,相互之間沒有任何關系。現在假設這樣一個例子:有一個全局的計數num,每個線程獲取這個全局的計數,根據num進行一些處理,然后將num加1。很容易寫出這樣的代碼:

復制代碼
# encoding: UTF-8
import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
global num
time.sleep(1)
num = num+1
msg = self.name+' set num to '+str(num)
print msg
num = 0
def test():
for i in range(5):
t = MyThread()
t.start()
if __name__ == '__main__':
test()
復制代碼

但是運行結果是不正確的:

Thread-5 set num to 2
Thread-3 set num to 3
Thread-2 set num to 5
Thread-1 set num to 5
Thread-4 set num to 4

問題產生的原因就是沒有控制多個線程對同一資源的訪問,對數據造成破壞,使得線程運行的結果不可預期。這種現象稱為“線程不安全”。

互斥鎖同步

上面的例子引出了多線程編程的最常見問題:數據共享。當多個線程都修改某一個共享數據的時候,需要進行同步控制。

線程同步能夠保證多個線程安全訪問競爭資源,最簡單的同步機制是引入互斥鎖。互斥鎖為資源引入一個狀態:鎖定/非鎖定。某個線程要更改共享數據時,先將其鎖定,此時資源的狀態為“鎖定”,其他線程不能更改;直到該線程釋放資源,將資源的狀態變成“非鎖定”,其他的線程才能再次鎖定該資源。互斥鎖保證了每次只有一個線程進行寫入操作,從而保證了多線程情況下數據的正確性。

threading模塊中定義了Lock類,可以方便的處理鎖定:

#創建鎖
mutex = threading.Lock()
#鎖定
mutex.acquire([timeout])
#釋放
mutex.release()

其中,鎖定方法acquire可以有一個超時時間的可選參數timeout。如果設定了timeout,則在超時后通過返回值可以判斷是否得到了鎖,從而可以進行一些其他的處理。

使用互斥鎖實現上面的例子的代碼如下:

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def run(self):
        global num
        time.sleep(1)
        
        if mutex.acquire(1):
            num += 1
            msg = self.name+' set num to '+str(num)
            print msg
            mutex.release()
num = 0
mutex = threading.Lock()
def test():
    for i in range(5):
        t = MyThread()
        t.start()
if __name__ == '__main__':
    test()

運行結果:

Thread-3 set num to 1
Thread-4 set num to 2
Thread-5 set num to 3
Thread-2 set num to 4
Thread-1 set num to 5

可以看到,加入互斥鎖后,運行結果與預期相符。

同步阻塞

當一個線程調用鎖的acquire()方法獲得鎖時,鎖就進入“locked”狀態。每次只有一個線程可以獲得鎖。如果此時另一個線程試圖獲得這個鎖,該線程就會變為“blocked”狀態,稱為“同步阻塞”(參見多線程的基本概念)。

直到擁有鎖的線程調用鎖的release()方法釋放鎖之后,鎖進入“unlocked”狀態。線程調度程序從處於同步阻塞狀態的線程中選擇一個來獲得鎖,並使得該線程進入運行(running)狀態。

 

互斥鎖最基本的內容就是這些,下一節將討論可重入鎖(RLock)和死鎖問題。

 


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