Python3的threading模塊 lock、Rlock的使用

一、概述

在使用多線程的應用下，如何保證線程安全，以及線程之間的同步，或者訪問共享變量等問題是十分棘手的問題，也是使用多線程下面臨的問題，如果處理不好，會帶來較嚴重的后果，使用python多線程中提供Lock 、Rlock 、Semaphore 、Event 、Condition 用來保證線程之間的同步，后者保證訪問共享變量的互斥問題。

• Lock & RLock：互斥鎖，用來保證多線程訪問共享變量的問題
• Semaphore對象：Lock互斥鎖的加強版，可以被多個線程同時擁有，而Lock只能被某一個線程同時擁有。
• Event對象：它是線程間通信的方式，相當於信號，一個線程可以給另外一個線程發送信號后讓其執行操作。
• Condition對象：其可以在某些事件觸發或者達到特定的條件后才處理數據

1、Lock(互斥鎖)

• 請求鎖定 — 進入鎖定池等待 — — 獲取鎖 — 已鎖定— — 釋放鎖

Lock（指令鎖）是可用的最低級的同步指令。Lock處於鎖定狀態時，不被特定的線程擁有。Lock包含兩種狀態——鎖定和非鎖定，以及兩個基本的方法。
可以認為Lock有一個鎖定池，當線程請求鎖定時，將線程至於池中，直到獲得鎖定后出池。池中的線程處於狀態圖中的同步阻塞狀態。
構造方法：mylock = Threading.Lock( )

實例方法：

• acquire([timeout]): 使線程進入同步阻塞狀態，嘗試獲得鎖定。
• release(): 釋放鎖。使用前線程必須已獲得鎖定，否則將拋出異常。

實例一（未使用鎖）：

import threading
import time

num = 0

def show(arg):
    global num
    time.sleep(1)
    num +=1
    print('bb :{}'.format(num))

for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=show, args=(i,))  # 注意傳入參數后一定要有【，】逗號
    t.start()

print('main thread stop')

--------------------------------------------------------------------------
main thread stop
bb :1
bb :2
bb :3bb :4
bb :5

實例二（使用鎖）

import threading
import time

num = 0

lock = threading.RLock()


# 調用acquire([timeout])時，線程將一直阻塞，
# 直到獲得鎖定或者直到timeout秒后（timeout參數可選）。
# 返回是否獲得鎖。
def Func():
    lock.acquire()
    global num
    num += 1
    time.sleep(1)
    print(num)
    lock.release()


for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=Func)
    t.start()
------------------------------------------------------------------
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
#可以看出，全局變量在在每次被調用時都要獲得鎖，才能操作，因此保證了共享數據的安全性

對於Lock對象而言，如果一個線程連續兩次release，使得線程死鎖。所以Lock不常用，一般采用Rlock進行線程鎖的設定。

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def run(self):
        global num 
        time.sleep(1)

        if lock.acquire(1):  
            num = num+1
            msg = self.name+' set num to '+str(num)
            print(msg)
            lock.acquire()
            lock.release()
            lock.release()
num = 0
lock = threading.Lock()
def test():
    for i in range(5):
        t = MyThread()
        t.start()
if __name__ == '__main__':
    test()
------------------------------------------------------
Thread-12 set num to 1

2、RLock(可重入鎖)

RLock（可重入鎖）是一個可以被同一個線程請求多次的同步指令。RLock使用了“擁有的線程”和“遞歸等級”的概念，處於鎖定狀態時，RLock被某個線程擁有。擁有RLock的線程可以再次調用acquire()，釋放鎖時需要調用release()相同次數。可以認為RLock包含一個鎖定池和一個初始值為0的計數器，每次成功調用 acquire()/release()，計數器將+1/-1，為0時鎖處於未鎖定狀態。
構造方法：mylock = Threading.RLock()
實例方法：acquire([timeout])/release(): 跟Lock差不多。

• 實例解決死鎖，調用相同次數的acquire和release，保證成對出現

import threading
rLock = threading.RLock()  #RLock對象
rLock.acquire()
rLock.acquire() #在同一線程內，程序不會堵塞。
rLock.release()
rLock.release()

print(rLock.acquire())

• 詳細實例：

import threading
mylock = threading.RLock()
num = 0
class WorkThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.t_name = name
    def run(self):
        global num
        while True:
            mylock.acquire()
            print('\n%s locked, number: %d' % (self.t_name, num))
            if num >= 2:
                mylock.release()
                print('\n%s released, number: %d' % (self.t_name, num))
                break
            num += 1
            print('\n%s released, number: %d' % (self.t_name, num))
            mylock.release()
def test():
    thread1 = WorkThread('A-Worker')
    thread2 = WorkThread('B-Worker')
    thread1.start()
    thread2.start()
if __name__ == '__main__':
    test() 
--------------------------------------------------
A-Worker locked, number: 0

A-Worker released, number: 1

A-Worker locked, number: 1

A-Worker released, number: 2

A-Worker locked, number: 2

A-Worker released, number: 2

B-Worker locked, number: 2

B-Worker released, number: 2