Python實現讀寫鎖

起步

Python 提供的多線程模型中並沒有提供讀寫鎖，讀寫鎖相對於單純的互斥鎖，適用性更高，可以多個線程同時占用讀模式的讀寫鎖，但是只能一個線程占用寫模式的讀寫鎖。

通俗點說就是當沒有寫鎖時，就可以加讀鎖且任意線程可以同時加；而寫鎖只能有一個線程，且必須在沒有讀鎖時才能加上。

簡單的實現

import threading

class RWlock(object):
    def __init__(self):
        self._lock = threading.Lock()
        self._extra = threading.Lock()
        self.read_num = 0

    def read_acquire(self):
        with self._extra:
            self.read_num += 1
            if self.read_num == 1:
                self._lock.acquire()

    def read_release(self):
        with self._extra:
            self.read_num -= 1
            if self.read_num == 0:
                self._lock.release()

    def write_acquire(self):
        self._lock.acquire()

    def write_release(self):
        self._lock.release()

這是讀寫鎖的一個簡單的實現，self.read_num 用來保存獲得讀鎖的線程數，這個屬性屬於臨界區，對其操作也要加鎖，所以這里需要一個保護內部數據的額外的鎖 self._extra 。

但是這個鎖是不公平的。理想情況下，線程獲得所的機會應該是一樣的，不管線程是讀操作還是寫操作。而從上述代碼可以看到，讀請求都會立即設置 self.read_num += 1，不管有沒有獲得鎖，而寫請求想要獲得鎖還得等待 read_num 為 0 。

所以這個就造成了只有鎖沒有被占用或者沒有讀請求時，可以獲得寫權限。我們應該想辦法避免讀模式鎖長期占用。

讀寫鎖的優先級

讀寫鎖也有分 讀優先 和 寫優先。上面的代碼就屬於讀優先。

如果要改成寫優先，那就換成去記錄寫線程的引用計數，讀和寫在同時競爭時，可以讓寫線程增加寫的計數，這樣可使讀線程的讀鎖一直獲取不到, 因為讀線程要先判斷寫的引用計數，若不為0，則等待其為 0，然后進行讀。這部分代碼不羅列了。

但這樣顯然不夠靈活。我們不需要兩個相似的讀寫鎖類。我們希望重構我們代碼，使它更強大。

改進

為了能夠滿足自定義優先級的讀寫鎖，要記錄等待的讀寫線程數，並且需要兩個條件 threading.Condition 用來處理哪方優先的通知。計數引用可以擴大語義：正數：表示正在讀操作的線程數，負數：表示正在寫操作的線程數（最多-1）

在獲取讀操作時，先然后判斷時候有等待的寫線程，沒有，進行讀操作，有，則等待讀的計數加 1 后等待 Condition 通知；等待讀的計數減 1，計數引用加 1，繼續讀操作，若條件不成立，循環等待；

在獲取寫操作時，若鎖沒有被占用，引用計數減 1，若被占用，等待寫線程數加 1，等待寫條件 Condition 的通知。

讀模式和寫模式的釋放都是一樣，需要根據判斷去通知對應的 Condition：

class RWLock(object):
    def __init__(self):
        self.lock = threading.Lock()
        self.rcond = threading.Condition(self.lock)
        self.wcond = threading.Condition(self.lock)
        self.read_waiter = 0    # 等待獲取讀鎖的線程數
        self.write_waiter = 0   # 等待獲取寫鎖的線程數
        self.state = 0          # 正數：表示正在讀操作的線程數   負數：表示正在寫操作的線程數（最多-1）
        self.owners = []        # 正在操作的線程id集合
        self.write_first = True # 默認寫優先，False表示讀優先

    def write_acquire(self, blocking=True):
        # 獲取寫鎖只有當
        me = threading.get_ident()
        with self.lock:
            while not self._write_acquire(me):
                if not blocking:
                    return False
                self.write_waiter += 1
                self.wcond.wait()
                self.write_waiter -= 1
        return True

    def _write_acquire(self, me):
        # 獲取寫鎖只有當鎖沒人占用，或者當前線程已經占用
        if self.state == 0 or (self.state < 0 and me in self.owners):
            self.state -= 1
            self.owners.append(me)
            return True
        if self.state > 0 and me in self.owners:
            raise RuntimeError('cannot recursively wrlock a rdlocked lock')
        return False

    def read_acquire(self, blocking=True):
        me = threading.get_ident()
        with self.lock:
            while not self._read_acquire(me):
                if not blocking:
                    return False
                self.read_waiter += 1
                self.rcond.wait()
                self.read_waiter -= 1
        return True

    def _read_acquire(self, me):
        if self.state < 0:
            # 如果鎖被寫鎖占用
            return False

        if not self.write_waiter:
            ok = True
        else:
            ok = me in self.owners
        if ok or not self.write_first:
            self.state += 1
            self.owners.append(me)
            return True
        return False

    def unlock(self):
        me = threading.get_ident()
        with self.lock:
            try:
                self.owners.remove(me)
            except ValueError:
                raise RuntimeError('cannot release un-acquired lock')

            if self.state > 0:
                self.state -= 1
            else:
                self.state += 1
            if not self.state:
                if self.write_waiter and self.write_first:   # 如果有寫操作在等待（默認寫優先）
                    self.wcond.notify()
                elif self.read_waiter:
                    self.rcond.notify_all()
                elif self.write_waiter:
                    self.wcond.notify()

    read_release = unlock
    write_release = unlock

 轉載：https://segmentfault.com/a/1190000016900930