算法工程師的修養(yǎng) | Python常用的 5 種線程鎖
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云崖君
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前言
本文將繼續(xù)圍繞 threading 模塊講解,基本上是純理論偏多
對(duì)于日常開(kāi)發(fā)者來(lái)講很少會(huì)使用到本文的內(nèi)容,但是對(duì)框架作者等是必備知識(shí),同時(shí)也是高頻的面試常見(jiàn)問(wèn)題
官方文檔:
https://docs.python.org/zh-cn/3.6/library/threading.html
線程安全
線程安全是多線程或多進(jìn)程編程中的一個(gè)概念,在擁有共享數(shù)據(jù)的多條線程并行執(zhí)行的程序中,線程安全的代碼會(huì)通過(guò)同步機(jī)制保證各個(gè)線程都可以正常且正確的執(zhí)行,不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)污染等意外情況。
線程安全的問(wèn)題最主要還是由線程切換導(dǎo)致的,比如一個(gè)房間(進(jìn)程)中有10顆糖(資源),除此之外還有3個(gè)小人(1個(gè)主線程、2個(gè)子線程),當(dāng)小人A吃了3顆糖后被系統(tǒng)強(qiáng)制進(jìn)行休息時(shí)他認(rèn)為還剩下7顆糖,而當(dāng)小人B工作后又吃掉了3顆糖,那么當(dāng)小人A重新上崗時(shí)會(huì)認(rèn)為糖還剩下7顆,但是實(shí)際上只有4顆了。
上述例子中線程A和線程B的數(shù)據(jù)不同步,這就是線程安全問(wèn)題,它可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的意外情況發(fā)生,我們按下面這個(gè)示例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
下面有一個(gè)數(shù)值num初始值為0,我們開(kāi)啟2條線程:
線程1對(duì)num進(jìn)行一千萬(wàn)次+1的操作
線程2對(duì)num進(jìn)行一千萬(wàn)次-1的操作
結(jié)果可能會(huì)令人咋舌,num最后并不是我們所想象的結(jié)果0:
import?threading
num?=?0
def?add():
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?+=?1
def?sub():
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?-=?1
if?__name__?==?"__main__":
????subThread01?=?threading.Thread(target=add)
????subThread02?=?threading.Thread(target=sub)
????subThread01.start()
????subThread02.start()
????subThread01.join()
????subThread02.join()
????print("num?result?:?%s"?%?num)
#?結(jié)果三次采集
#?num?result?:?669214
#?num?result?:?-1849179
#?num?result?:?-525674
上面這就是一個(gè)非常好的案例,想要解決這個(gè)問(wèn)題就必須通過(guò)鎖來(lái)保障線程切換的時(shí)機(jī)。
需要我們值得留意的是,在Python基本數(shù)據(jù)類型中l(wèi)ist、tuple、dict本身就是屬于線程安全的,所以如果有多個(gè)線程對(duì)這3種容器做操作時(shí),我們不必考慮線程安全問(wèn)題。
鎖的作用
鎖是Python提供給我們能夠自行操控線程切換的一種手段,使用鎖可以讓線程的切換變的有序。
一旦線程的切換變的有序后,各個(gè)線程之間對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、修改就變的可控,所以若要保證線程安全,就必須使用鎖。
threading模塊中提供了5種最常見(jiàn)的鎖,下面是按照功能進(jìn)行劃分:
同步鎖:lock(一次只能放行一個(gè))
遞歸鎖:rlock(一次只能放行一個(gè))
條件鎖:condition(一次可以放行任意個(gè))
事件鎖:event(一次全部放行)
信號(hào)量鎖:semaphore(一次可以放行特定個(gè))
1、Lock() 同步鎖
基本介紹
Lock鎖的稱呼有很多,如:
同步鎖
互斥鎖
它們是什么意思呢?如下所示:
互斥指的是某一資源同一時(shí)刻僅能有一個(gè)訪問(wèn)者對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn),具有唯一性和排他性,但是互斥無(wú)法限制訪問(wèn)者對(duì)資源的訪問(wèn)順序,即訪問(wèn)是無(wú)序的
同步是指在互斥的基礎(chǔ)上(大多數(shù)情況),通過(guò)其他機(jī)制實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)者對(duì)資源的有序訪問(wèn)
同步其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了互斥,是互斥的一種更為復(fù)雜的實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗诨コ獾幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了有序訪問(wèn)的特點(diǎn)
下面是threading模塊與同步鎖提供的相關(guān)方法:
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| threading.Lock() | 返回一個(gè)同步鎖對(duì)象 |
| lockObject.acquire(blocking=True, timeout=1) | 上鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行被上鎖代碼塊時(shí),將不允許切換到其他線程運(yùn)行,默認(rèn)鎖失效時(shí)間為1秒 |
| lockObject.release() | 解鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行未被上鎖代碼塊時(shí),將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行 |
| lockObject.locaked() | 判斷該鎖對(duì)象是否處于上鎖狀態(tài),返回一個(gè)布爾值 |
使用方式
同步鎖一次只能放行一個(gè)線程,一個(gè)被加鎖的線程在運(yùn)行時(shí)不會(huì)將執(zhí)行權(quán)交出去,只有當(dāng)該線程被解鎖時(shí)才會(huì)將執(zhí)行權(quán)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)度交由其他線程。
如下所示,使用同步鎖解決最上面的問(wèn)題:
import?threading
num?=?0
def?add():
????lock.acquire()
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?+=?1
????lock.release()
def?sub():
????lock.acquire()
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?-=?1
????lock.release()
if?__name__?==?"__main__":
????lock?=?threading.Lock()
????subThread01?=?threading.Thread(target=add)
????subThread02?=?threading.Thread(target=sub)
????subThread01.start()
????subThread02.start()
????subThread01.join()
????subThread02.join()
????print("num?result?:?%s"?%?num)
#?結(jié)果三次采集
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
這樣這個(gè)代碼就完全變成了串行的狀態(tài),對(duì)于這種計(jì)算密集型I/O業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō),還不如直接使用串行化單線程執(zhí)行來(lái)得快,所以這個(gè)例子僅作為一個(gè)示例,不能概述鎖真正的用途。
死鎖現(xiàn)象
對(duì)于同步鎖來(lái)說(shuō),一次acquire()必須對(duì)應(yīng)一次release(),不能出現(xiàn)連續(xù)重復(fù)使用多次acquire()后再重復(fù)使用多次release()的操作,這樣會(huì)引起死鎖造成程序的阻塞,完全不動(dòng)了,如下所示:
import?threading
num?=?0
def?add():
????lock.acquire()??#?上鎖
????lock.acquire()??#?死鎖
????#?不執(zhí)行
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?+=?1
????lock.release()
????lock.release()
def?sub():
????lock.acquire()??#?上鎖
????lock.acquire()??#?死鎖
????#?不執(zhí)行
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?-=?1
????lock.release()
????lock.release()
if?__name__?==?"__main__":
????lock?=?threading.Lock()
????subThread01?=?threading.Thread(target=add)
????subThread02?=?threading.Thread(target=sub)
????subThread01.start()
????subThread02.start()
????subThread01.join()
????subThread02.join()
????print("num?result?:?%s"?%?num)
with語(yǔ)句
由于threading.Lock()對(duì)象中實(shí)現(xiàn)了enter__()與__exit()方法,故我們可以使用with語(yǔ)句進(jìn)行上下文管理形式的加鎖解鎖操作:
import?threading
num?=?0
def?add():
????with?lock:
????????#?自動(dòng)加鎖
????????global?num
????????for?i?in?range(10_000_000):
????????????num?+=?1
????????#?自動(dòng)解鎖
def?sub():
????with?lock:
????????#?自動(dòng)加鎖
????????global?num
????????for?i?in?range(10_000_000):
????????????num?-=?1
????????#?自動(dòng)解鎖
if?__name__?==?"__main__":
????lock?=?threading.Lock()
????subThread01?=?threading.Thread(target=add)
????subThread02?=?threading.Thread(target=sub)
????subThread01.start()
????subThread02.start()
????subThread01.join()
????subThread02.join()
????print("num?result?:?%s"?%?num)
#?結(jié)果三次采集
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
2、RLock() 遞歸鎖
基本介紹
遞歸鎖是同步鎖的一個(gè)升級(jí)版本,在同步鎖的基礎(chǔ)上可以做到連續(xù)重復(fù)使用多次acquire()后再重復(fù)使用多次release()的操作,但是一定要注意加鎖次數(shù)和解鎖次數(shù)必須一致,否則也將引發(fā)死鎖現(xiàn)象。
下面是threading模塊與遞歸鎖提供的相關(guān)方法:
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| threading.RLock() | 返回一個(gè)遞歸鎖對(duì)象 |
| lockObject.acquire(blocking=True, timeout=1) | 上鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行被上鎖代碼塊時(shí),將不允許切換到其他線程運(yùn)行,默認(rèn)鎖失效時(shí)間為1秒 |
| lockObject.release() | 解鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行未被上鎖代碼塊時(shí),將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行 |
| lockObject.locaked() | 判斷該鎖對(duì)象是否處于上鎖狀態(tài),返回一個(gè)布爾值 |
使用方式
以下是遞歸鎖的簡(jiǎn)單使用,下面這段操作如果使用同步鎖則會(huì)發(fā)生死鎖現(xiàn)象,但是遞歸鎖不會(huì):
import?threading
num?=?0
def?add():
????lock.acquire()
????lock.acquire()
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?+=?1
????lock.release()
????lock.release()
def?sub():
????lock.acquire()
????lock.acquire()
????global?num
????for?i?in?range(10_000_000):
????????num?-=?1
????lock.release()
????lock.release()
if?__name__?==?"__main__":
????lock?=?threading.RLock()
????subThread01?=?threading.Thread(target=add)
????subThread02?=?threading.Thread(target=sub)
????subThread01.start()
????subThread02.start()
????subThread01.join()
????subThread02.join()
????print("num?result?:?%s"?%?num)
#?結(jié)果三次采集
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
with語(yǔ)句
由于threading.RLock()對(duì)象中實(shí)現(xiàn)了enter__()與__exit()方法,故我們可以使用with語(yǔ)句進(jìn)行上下文管理形式的加鎖解鎖操作:
import?threading
num?=?0
def?add():
????with?lock:
????????#?自動(dòng)加鎖
????????global?num
????????for?i?in?range(10_000_000):
????????????num?+=?1
????????#?自動(dòng)解鎖
def?sub():
????with?lock:
????????#?自動(dòng)加鎖
????????global?num
????????for?i?in?range(10_000_000):
????????????num?-=?1
????????#?自動(dòng)解鎖
if?__name__?==?"__main__":
????lock?=?threading.RLock()
????subThread01?=?threading.Thread(target=add)
????subThread02?=?threading.Thread(target=sub)
????subThread01.start()
????subThread02.start()
????subThread01.join()
????subThread02.join()
????print("num?result?:?%s"?%?num)
#?結(jié)果三次采集
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
#?num?result?:?0
3、Condition() 條件鎖
基本介紹
條件鎖是在遞歸鎖的基礎(chǔ)上增加了能夠暫停線程運(yùn)行的功能。并且我們可以使用wait()與notify()來(lái)控制線程執(zhí)行的個(gè)數(shù)。
注意:條件鎖可以自由設(shè)定一次放行幾個(gè)線程。
下面是threading模塊與條件鎖提供的相關(guān)方法:
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| threading.Condition() | 返回一個(gè)條件鎖對(duì)象 |
| lockObject.acquire(blocking=True, timeout=1) | 上鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行被上鎖代碼塊時(shí),將不允許切換到其他線程運(yùn)行,默認(rèn)鎖失效時(shí)間為1秒 |
| lockObject.release() | 解鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行未被上鎖代碼塊時(shí),將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行 |
| lockObject.wait(timeout=None) | 將當(dāng)前線程設(shè)置為“等待”狀態(tài),只有該線程接到“通知”或者超時(shí)時(shí)間到期之后才會(huì)繼續(xù)運(yùn)行,在“等待”狀態(tài)下的線程將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行 |
| lockObject.wait_for(predicate, timeout=None) | 將當(dāng)前線程設(shè)置為“等待”狀態(tài),只有該線程的predicate返回一個(gè)True或者超時(shí)時(shí)間到期之后才會(huì)繼續(xù)運(yùn)行,在“等待”狀態(tài)下的線程將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行。注意:predicate參數(shù)應(yīng)當(dāng)傳入一個(gè)可調(diào)用對(duì)象,且返回結(jié)果為bool類型 |
| lockObject.notify(n=1) | 通知一個(gè)當(dāng)前狀態(tài)為“等待”的線程繼續(xù)運(yùn)行,也可以通過(guò)參數(shù)n通知多個(gè) |
| lockObject.notify_all() | 通知所有當(dāng)前狀態(tài)為“等待”的線程繼續(xù)運(yùn)行 |
使用方式
下面這個(gè)案例會(huì)啟動(dòng)10個(gè)子線程,并且會(huì)立即將10個(gè)子線程設(shè)置為等待狀態(tài)。
然后我們可以發(fā)送一個(gè)或者多個(gè)通知,來(lái)恢復(fù)被等待的子線程繼續(xù)運(yùn)行:
import?threading
currentRunThreadNumber?=?0
maxSubThreadNumber?=?10
def?task():
????global?currentRunThreadNumber
????thName?=?threading.currentThread().name
????condLock.acquire()??#?上鎖
????print("start?and?wait?run?thread?:?%s"?%?thName)
????condLock.wait()??#?暫停線程運(yùn)行、等待喚醒
????currentRunThreadNumber?+=?1
????print("carry?on?run?thread?:?%s"?%?thName)
????condLock.release()??#?解鎖
if?__name__?==?"__main__":
????condLock?=?threading.Condition()
????for?i?in?range(maxSubThreadNumber):
????????subThreadIns?=?threading.Thread(target=task)
????????subThreadIns.start()
????while?currentRunThreadNumber?????????notifyNumber?=?int(
????????????input("Please enter the number of threads that need to be notified to run:"))
????????condLock.acquire()
????????condLock.notify(notifyNumber)??#?放行
????????condLock.release()
????print("main?thread?run?end")
#?先啟動(dòng)10個(gè)子線程,然后這些子線程會(huì)全部變?yōu)榈却隣顟B(tài)
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-1
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-2
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-3
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-4
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-5
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-6
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-7
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-8
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-9
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-10
#?批量發(fā)送通知,放行特定數(shù)量的子線程繼續(xù)運(yùn)行
# Please enter the number of threads that need to be notified to run:5 ?#?放行5個(gè)
#?carry?on?run?thread?:?Thread-4
#?carry?on?run?thread?:?Thread-3
#?carry?on?run?thread?:?Thread-1
#?carry?on?run?thread?:?Thread-2
#?carry?on?run?thread?:?Thread-5
# Please enter the number of threads that need to be notified to run:5 ?#?放行5個(gè)
#?carry?on?run?thread?:?Thread-8
#?carry?on?run?thread?:?Thread-10
#?carry?on?run?thread?:?Thread-6
#?carry?on?run?thread?:?Thread-9
#?carry?on?run?thread?:?Thread-7
# Please enter the number of threads that need to be notified to run:1
#?main?thread?run?end
with語(yǔ)句
由于threading.Condition()對(duì)象中實(shí)現(xiàn)了enter__()與__exit()方法,故我們可以使用with語(yǔ)句進(jìn)行上下文管理形式的加鎖解鎖操作:
import?threading
currentRunThreadNumber?=?0
maxSubThreadNumber?=?10
def?task():
????global?currentRunThreadNumber
????thName?=?threading.currentThread().name
????with?condLock:
????????print("start?and?wait?run?thread?:?%s"?%?thName)
????????condLock.wait()??#?暫停線程運(yùn)行、等待喚醒
????????currentRunThreadNumber?+=?1
????????print("carry?on?run?thread?:?%s"?%?thName)
if?__name__?==?"__main__":
????condLock?=?threading.Condition()
????for?i?in?range(maxSubThreadNumber):
????????subThreadIns?=?threading.Thread(target=task)
????????subThreadIns.start()
????while?currentRunThreadNumber?????????notifyNumber?=?int(
????????????input("Please enter the number of threads that need to be notified to run:"))
????????with?condLock:
????????????condLock.notify(notifyNumber)??#?放行
????print("main?thread?run?end")
4、Event() 事件鎖
基本介紹
事件鎖是基于條件鎖來(lái)做的,它與條件鎖的區(qū)別在于一次只能放行全部,不能放行任意個(gè)數(shù)量的子線程繼續(xù)運(yùn)行。
我們可以將事件鎖看為紅綠燈,當(dāng)紅燈時(shí)所有子線程都暫停運(yùn)行,并進(jìn)入“等待”狀態(tài),當(dāng)綠燈時(shí)所有子線程都恢復(fù)“運(yùn)行”。
下面是threading模塊與事件鎖提供的相關(guān)方法:
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| threading.Event() | 返回一個(gè)事件鎖對(duì)象 |
| lockObject.clear() | 將事件鎖設(shè)為紅燈狀態(tài),即所有線程暫停運(yùn)行 |
| lockObject.is_set() | 用來(lái)判斷當(dāng)前事件鎖狀態(tài),紅燈為False,綠燈為T(mén)rue |
| lockObject.set() | 將事件鎖設(shè)為綠燈狀態(tài),即所有線程恢復(fù)運(yùn)行 |
| lockObject.wait(timeout=None) | 將當(dāng)前線程設(shè)置為“等待”狀態(tài),只有該線程接到“綠燈通知”或者超時(shí)時(shí)間到期之后才會(huì)繼續(xù)運(yùn)行,在“等待”狀態(tài)下的線程將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行 |
使用方式
事件鎖不能利用with語(yǔ)句來(lái)進(jìn)行使用,只能按照常規(guī)方式。
如下所示,我們來(lái)模擬線程和紅綠燈的操作,紅燈停,綠燈行:
import?threading
maxSubThreadNumber?=?3
def?task():
????thName?=?threading.currentThread().name
????print("start?and?wait?run?thread?:?%s"?%?thName)
????eventLock.wait()??#?暫停運(yùn)行,等待綠燈
????print("green?light,?%s?carry?on?run"?%?thName)
????print("red?light,?%s?stop?run"?%?thName)
????eventLock.wait()??#?暫停運(yùn)行,等待綠燈
????print("green?light,?%s?carry?on?run"?%?thName)
????print("sub?thread?%s?run?end"?%?thName)
if?__name__?==?"__main__":
????eventLock?=?threading.Event()
????for?i?in?range(maxSubThreadNumber):
????????subThreadIns?=?threading.Thread(target=task)
????????subThreadIns.start()
????eventLock.set()??#?設(shè)置為綠燈
????eventLock.clear()??#?設(shè)置為紅燈
????eventLock.set()??#?設(shè)置為綠燈
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-1
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-2
#?start?and?wait?run?thread?:?Thread-3
#?green?light,?Thread-1?carry?on?run
#?red?light,?Thread-1?stop?run
#?green?light,?Thread-1?carry?on?run
#?sub?thread?Thread-1?run?end
#?green?light,?Thread-3?carry?on?run
#?red?light,?Thread-3?stop?run
#?green?light,?Thread-3?carry?on?run
#?sub?thread?Thread-3?run?end
#?green?light,?Thread-2?carry?on?run
#?red?light,?Thread-2?stop?run
#?green?light,?Thread-2?carry?on?run
#?sub?thread?Thread-2?run?end
5、Semaphore() 信號(hào)量鎖
基本介紹
信號(hào)量鎖也是根據(jù)條件鎖來(lái)做的,它與條件鎖和事件鎖的區(qū)別如下:
條件鎖:一次可以放行任意個(gè)處于“等待”狀態(tài)的線程
事件鎖:一次可以放行全部的處于“等待”狀態(tài)的線程
信號(hào)量鎖:通過(guò)規(guī)定,成批的放行特定個(gè)處于“上鎖”狀態(tài)的線程
下面是threading模塊與信號(hào)量鎖提供的相關(guān)方法:
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| threading.Semaphore() | 返回一個(gè)信號(hào)量鎖對(duì)象 |
| lockObject.acquire(blocking=True, timeout=1) | 上鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行被上鎖代碼塊時(shí),將不允許切換到其他線程運(yùn)行,默認(rèn)鎖失效時(shí)間為1秒 |
| lockObject.release() | 解鎖,當(dāng)一個(gè)線程在執(zhí)行未被上鎖代碼塊時(shí),將允許系統(tǒng)根據(jù)策略自行切換到其他線程中運(yùn)行 |
使用方式
以下是使用示例,你可以將它當(dāng)做一段限寬的路段,每次只能放行相同數(shù)量的線程:
import?threading
import?time
maxSubThreadNumber?=?6
def?task():
????thName?=?threading.currentThread().name
????semaLock.acquire()
????print("run?sub?thread?%s"?%?thName)
????time.sleep(3)
????semaLock.release()
if?__name__?==?"__main__":
????#?每次只能放行2個(gè)
????semaLock?=?threading.Semaphore(2)
????for?i?in?range(maxSubThreadNumber):
????????subThreadIns?=?threading.Thread(target=task)
????????subThreadIns.start()
#?run?sub?thread?Thread-1
#?run?sub?thread?Thread-2
#?run?sub?thread?Thread-3
#?run?sub?thread?Thread-4
#?run?sub?thread?Thread-6
#?run?sub?thread?Thread-5
with語(yǔ)句
由于threading.Semaphore()對(duì)象中實(shí)現(xiàn)了enter__()與__exit()方法,故我們可以使用with語(yǔ)句進(jìn)行上下文管理形式的加鎖解鎖操作:
import?threading
import?time
maxSubThreadNumber?=?6
def?task():
????thName?=?threading.currentThread().name
????with?semaLock:
????????print("run?sub?thread?%s"?%?thName)
????????time.sleep(3)
if?__name__?==?"__main__":
????semaLock?=?threading.Semaphore(2)
????for?i?in?range(maxSubThreadNumber):
????????subThreadIns?=?threading.Thread(target=task)
????????subThreadIns.start()
鎖關(guān)系淺析
上面5種鎖可以說(shuō)都是基于同步鎖來(lái)做的,這些你都可以從源碼中找到答案。
首先來(lái)看RLock遞歸鎖,遞歸鎖的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單,它的內(nèi)部會(huì)維護(hù)著一個(gè)計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器不為0的時(shí)候該線程不能被I/O操作和時(shí)間輪詢機(jī)制切換。但是當(dāng)計(jì)數(shù)器為0的時(shí)候便不會(huì)如此了:
def?__init__(self):
????self._block?=?_allocate_lock()
????self._owner?=?None
????self._count?=?0??#?計(jì)數(shù)器
而Condition條件鎖的內(nèi)部其實(shí)是有兩把鎖的,一把底層鎖(同步鎖)一把高級(jí)鎖(遞歸鎖)。
低層鎖的解鎖方式有兩種,使用wait()方法會(huì)暫時(shí)解開(kāi)底層鎖同時(shí)加上一把高級(jí)鎖,只有當(dāng)接收到別的線程里的notfiy()后才會(huì)解開(kāi)高級(jí)鎖和重新上鎖低層鎖,也就是說(shuō)條件鎖底層是根據(jù)同步鎖和遞歸鎖的不斷切換來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的:
def?__init__(self,?lock=None):
????if?lock?is?None:
????????lock?=?RLock()??#?可以看到條件鎖的內(nèi)部是基于遞歸鎖,而遞歸鎖又是基于同步鎖來(lái)做的
????self._lock?=?lock
????self.acquire?=?lock.acquire
????self.release?=?lock.release
????try:
????????self._release_save?=?lock._release_save
????except?AttributeError:
????????pass
????try:
????????self._acquire_restore?=?lock._acquire_restore
????except?AttributeError:
????????pass
????try:
????????self._is_owned?=?lock._is_owned
????except?AttributeError:
????????pass
????self._waiters?=?_deque()
Event事件鎖內(nèi)部是基于條件鎖來(lái)做的:
class?Event:
????def?__init__(self):
????????self._cond?=?Condition(Lock())??#?實(shí)例化出了一個(gè)條件鎖。
????????self._flag?=?False
????def?_reset_internal_locks(self):
????????#?private!??called?by?Thread._reset_internal_locks?by?_after_fork()
????????self._cond.__init__(Lock())
????def?is_set(self):
????????"""Return?true?if?and?only?if?the?internal?flag?is?true."""
????????return?self._flag
????isSet?=?is_set
Semaphore信號(hào)量鎖內(nèi)部也是基于條件鎖來(lái)做的:
class?Semaphore:
????def?__init__(self,?value=1):
????????if?value?0:
????????????raise?ValueError("semaphore?initial?value?must?be?>=?0")
????????self._cond?=?Condition(Lock())?#?可以看到,這里是實(shí)例化出了一個(gè)條件鎖
????????self._value?=?value
基本練習(xí)題
條件鎖的應(yīng)用
需求:一個(gè)空列表,兩個(gè)線程輪番往里面加值(一個(gè)加偶數(shù),一個(gè)加奇數(shù)),最終讓該列表中的值為 1 - 100 ,且是有序排列的。
import?threading
lst?=?[]
def?even():
????"""加偶數(shù)"""
????with?condLock:
????????for?i?in?range(2,?101,?2):
????????????#?判斷當(dāng)前列表的長(zhǎng)度處于2是否能處盡
????????????#?如果能處盡則代表需要添加奇數(shù)
????????????#?否則就添加偶數(shù)
????????????if?len(lst)?%?2?!=?0:
????????????????#?添偶數(shù)
????????????????lst.append(i)??????#?先添加值
????????????????condLock.notify()??#?告訴另一個(gè)線程,你可以加奇數(shù)了,但是這里不會(huì)立即交出執(zhí)行權(quán)
????????????????condLock.wait()????#?交出執(zhí)行權(quán),并等待另一個(gè)線程通知加偶數(shù)
????????????else:
????????????????#?添奇數(shù)
????????????????condLock.wait()??#?交出執(zhí)行權(quán),等待另一個(gè)線程通知加偶數(shù)
????????????????lst.append(i)????
????????????????condLock.notify()
????????condLock.notify()
def?odd():
????"""加奇數(shù)"""
????with?condLock:
????????for?i?in?range(1,?101,?2):
????????????if?len(lst)?%?2?==?0:
????????????????lst.append(i)
????????????????condLock.notify()
????????????????condLock.wait()
????????condLock.notify()
if?__name__?==?"__main__":
????condLock?=?threading.Condition()
????addEvenTask?=?threading.Thread(target=even)
????addOddTask?=?threading.Thread(target=odd)
????addEvenTask.start()
????addOddTask.start()
????addEvenTask.join()
????addOddTask.join()
????print(lst)
事件鎖的應(yīng)用
有2個(gè)任務(wù)線程來(lái)扮演李白和杜甫,如何讓他們一人一句進(jìn)行對(duì)答?文本如下:
杜甫:老李啊,來(lái)喝酒!
李白:老杜啊,不喝了我喝不下了!
杜甫:老李啊,再來(lái)一壺?
杜甫:…老李?
李白:呼呼呼…睡著了..
代碼如下:
import?threading
def?libai():
????event.wait()??
????print("李白:老杜啊,不喝了我喝不下了!")
????event.set()
????event.clear()
????event.wait()
????print("李白:呼呼呼...睡著了..")
def?dufu():
????print("杜甫:老李啊,來(lái)喝酒!")
????event.set()??
????event.clear()
????event.wait()
????print("杜甫:老李啊,再來(lái)一壺?")
????print("杜甫:...老李?")
????event.set()
if?__name__?==?'__main__':
????event?=?threading.Event()
????t1?=?threading.Thread(target=libai)
????t2?=?threading.Thread(target=dufu)
????t1.start()
????t2.start()
????t1.join()
????t2.join()
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