當多個線程幾乎同時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() # 釋放 mutex.release()
注意:
- 如果這個鎖之前是沒有上鎖的,那么acquire不會堵塞
- 如果在調用acquire對這個鎖上鎖之前 它已經被 其他線程上了鎖,那么此時acquire會堵塞,直到這個鎖被解鎖為止
使用互斥鎖完成2個線程對同一個全局變量各加100萬次的操作
import threading import time g_num = 0 def test1(num): global g_num for i in range(num): mutex.acquire() # 上鎖 g_num += 1 mutex.release() # 解鎖 print("---test1---g_num=%d"%g_num) def test2(num): global g_num for i in range(num): mutex.acquire() # 上鎖 g_num += 1 mutex.release() # 解鎖 print("---test2---g_num=%d"%g_num) # 創建一個互斥鎖 # 默認是未上鎖的狀態 mutex = threading.Lock() # 創建2個線程,讓他們各自對g_num加1000000次 p1 = threading.Thread(target=test1, args=(1000000,)) p1.start() p2 = threading.Thread(target=test2, args=(1000000,)) p2.start() # 等待計算完成 while len(threading.enumerate()) != 1: time.sleep(1) print("2個線程對同一個全局變量操作之后的最終結果是:%s" % g_num)
運行結果:
---test1---g_num=1909909 ---test2---g_num=2000000 2個線程對同一個全局變量操作之后的最終結果是:2000000
可以看到最后的結果,加入互斥鎖后,其結果與預期相符。
上鎖解鎖過程
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“阻塞”,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。
總結
鎖的好處:
- 確保了某段關鍵代碼只能由一個線程從頭到尾完整地執行
鎖的壞處:
- 阻止了多線程並發執行,包含鎖的某段代碼實際上只能以單線程模式執行,效率就大大地下降了
- 由於可以存在多個鎖,不同的線程持有不同的鎖,並試圖獲取對方持有的鎖時,可能會造成死鎖