python多線程同步實(shí)例教程
更新時(shí)間：2019年08月11日 15:42:01 作者：alpha_panda
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于python多線程同步的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家學(xué)習(xí)或者使用python具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧
前言
進(jìn)程之間通信與線程同步是一個(gè)歷久彌新的話題，對(duì)編程稍有了解應(yīng)該都知道，但是細(xì)說又說不清。一方面除了工作中可能用的比較少，另一方面就是這些概念牽涉到的東西比較多，而且相對(duì)較深。網(wǎng)絡(luò)編程，服務(wù)端編程，并發(fā)應(yīng)用等都會(huì)涉及到。其開發(fā)和調(diào)試過程都不直觀。由于同步通信機(jī)制的原理都是想通的，本文希通過望借助python實(shí)例來將抽象概念具體化。
閱讀之前可以參考之前的一篇文章：python多線程與多進(jìn)程及其區(qū)別，了解一下線程和進(jìn)程的創(chuàng)建。
python多線程同步
python中提供兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)thread和threading用于對(duì)線程的支持，python3中已放棄對(duì)前者的支持，后者是一種更高層次封裝的線程庫(kù)，接下來均以后者為例。
同步與互斥
相信多數(shù)學(xué)過操作系統(tǒng)的人，都被這兩個(gè)概念弄混過，什么互斥是特殊的同步，同步是多線程或多進(jìn)程協(xié)同完成某一任務(wù)過程中在一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行的協(xié)同的關(guān)系等等。
其實(shí)這兩個(gè)概念都是圍繞著一個(gè)協(xié)同關(guān)系來進(jìn)行的，可以通過一個(gè)具體的例子來清晰的表達(dá)這兩個(gè)概念：
有兩個(gè)線程，分別叫做線程A和線程B，其中線程A用來寫一個(gè)變量，線程B讀取線程A寫的變量，而且線程A先寫變量，然后線程B才能讀這個(gè)變量，那么線程A和B之間就是一種同步關(guān)系；
===== 同步關(guān)系 ===== Thread A: write(share_data) V(S) # 釋放資源 Thread B: P(S) # 獲取資源 read(share_data)
如果又來一個(gè)線程C，也要寫這個(gè)變量，那么線程A和C之間就是一種互斥關(guān)系，因?yàn)橥瑫r(shí)只能由一個(gè)線程寫該變量；
===== 互斥關(guān)系 ===== Thread A: Lock.acquire(); # 獲得鎖 write(share_data) Lock.release() # 釋放鎖 Thread C: Lock.acquire(); # 獲得鎖 write(share_data) Lock.release() # 釋放鎖
線程同步
主線程和其創(chuàng)建的線程之間各自執(zhí)行自己的代碼直到結(jié)束。接下來看一下python線程之間同步問題.
交替執(zhí)行的線程安全嗎？
先來看一下下面的這個(gè)例子：
share_data = 0
def tstart(arg):
time.sleep(0.1)
global share_data
for i in xrange(1000):
share_data += 1
if __name__ == '__main__':
t1 = threading.Thread(target = tstart, args = ('',))
t2 = threading.Thread(target = tstart, args = ('',))
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
print 'share_data result:', share_data
上面這段代碼執(zhí)行結(jié)果share_data多數(shù)情況下會(huì)小于2000，上一篇文章介紹過，python解釋器CPython中引入了一個(gè)全局解釋器鎖（GIL），也就是任一時(shí)刻都只有一個(gè)線程在執(zhí)行，但是這里還會(huì)出問題，為什么？
根本原因在于對(duì)share_data的寫不是原子操作，線程在寫的過程中被打斷，然后切換線程執(zhí)行，回來時(shí)會(huì)繼續(xù)執(zhí)行被打斷的寫操作，不過可能覆蓋掉這段時(shí)間另一個(gè)線程寫的結(jié)果。
下面是一種可能的運(yùn)算過程：
實(shí)際計(jì)算過程可能比上面描述的更復(fù)雜，可以從單個(gè)線程的角度來理解，如果不加同步措施，對(duì)于單個(gè)線程而言其完全感知不到其他線程的存在，讀取數(shù)據(jù)、計(jì)算、寫回?cái)?shù)據(jù)。
如果在讀取數(shù)據(jù)之后，計(jì)算過程或者寫回?cái)?shù)據(jù)前被打斷，當(dāng)再次執(zhí)行時(shí)，即使內(nèi)存中的share_data已經(jīng)發(fā)生了變化，但是該進(jìn)程還是會(huì)從中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行，并將計(jì)算結(jié)果覆蓋掉當(dāng)前的share_data的值；
這就是為什么每一時(shí)刻只有一個(gè)線程在執(zhí)行，但是結(jié)果還是錯(cuò)的原因?？梢韵胂笕绻鄠€(gè)線程并行執(zhí)行，不加同步措施，那么計(jì)算過程會(huì)更加混亂。
感興趣的話可以使用一個(gè)全局列表的res,記錄下每個(gè)線程寫share_data的過程，可以比較直觀的看到寫的過程：
share_data = 0
res = []
def tstart(arg):
time.sleep(0.1)
global share_data
for i in xrange(1000):
res.append((arg, share_data))
share_data += 1
if __name__ == '__main__':
t1 = threading.Thread(target = tstart, args = ('1',))
t2 = threading.Thread(target = tstart, args = ('2',))
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
print res, len(res)
print 'share_data result:', share_data
下面是一種可能的結(jié)果，可以看到兩個(gè)線程對(duì)share_data的確進(jìn)行了2000次加一操作，但是結(jié)果卻不是2000.
[('2', 0), ('2', 1), ('1', 2), ('1', 3), ('1', 4), ('1', 5), ('1', 6), ('1', 7), ('1', 8), ('1', 9), ('1', 10), ('1', 11), ('1', 12), ('2', 12), ('2', 13), ('2', 14), ('2', 15), ('2', 16), ('2', 17), ('2', 18), ('2', 19), ('2', 20), ('2', 21), ('2', 22), ('1', 13), ('1', 14), ('1', 15), ('1', 16), ('1', 17), ('1', 18), ('1', 19), ('1', 20), ('1', 21), ('1', 22), ('1', 23), ('2', 24), ('2', 25), ('2', 26), ('2', 27), ('2', 28), ('2', 29), ('2', 30), ('2', 31), ('2', 32), ('2', 33), ('2', 34), ('1', 35), ('1', 36), ('1', 37), ('1', 38), ('1', 39), ('1', 40), ('1', 41), ('1', 42), ('1', 43), ('1', 44), ('1', 45), ('2', 35), ('2', 47), ('2', 48), ('2', 49), ('2', 50), ('2', 51), ('2', 52), ('2', 53), ('2', 54), ('2', 55), ('2', 56), ('2', 57), ('1', 57), ('1', 58), ('1', 59), ('1', 60), ('1', 61), ('1', 62), ('1', 63), ('1', 64), ('1', 65), ('1', 66), ('1', 67), ('2', 58), ('2', 59), ('2', 60), ('2', 61), ('2', 62), ('2', 63), ('2', 64), ('2', 65), ('2', 66), ('2', 67), ('2', 68), ('1', 68), ('1', 70), ('1', 71), ('1', 72), ('1', 73), ('1', 74), ('1', 75), ('1', 76), ('1', 77), ('1', 78), ('1', 79), ('1', 80), ('2', 80), ('2', 81), ('2', 82), ('2', 83), ('2', 84), ('2', 85), ('2', 86), ('2', 87), ('2', 88), ('2', 89), ('2', 90), ('1', 81), ('1', 82), ('1', 83), ('1', 84), ('1', 85), ('1', 86), ('1', 87), ('1', 88), ('1', 89), ('1', 90), ('1', 91), ('2', 92), ('2', 93), ('2', 94), ('2', 95), ('2', 96), ('2', 97), ('2', 98), ('2', 99), ('2', 100), ('2', 101), ('2', 102), ('1', 103), ('1', 104), ('1', 105), ('1', 106), ('1', 107), ('1', 108), ('1', 109), ('1', 110), ('1', 111), ('1', 112), ('1', 113), ('2', 103), ('2', 115), ('2', 116), ('2', 117), ('2', 118), ('2', 119), ('2', 120), ('2', 121), ('2', 122), ('2', 123), ('2', 124), ('2', 125), ('1', 125), ('1', 126), ('1', 127), ('1', 128), ('1', 129), ('1', 130), ('1', 131), ('1', 132), ('1', 133), ('1', 134), ('1', 135), ('2', 137), ('2', 138), ('2', 139), ('2', 140), ('2', 141), ('2', 142), ('2', 143), ('2', 144), ('2', 145), ('2', 146), ('2', 147), ('1', 136), ('1', 148), ('1', 149), ('1', 150), ('1', 151), ('1', 152), ('1', 153), ('1', 154), ('1', 155), ('1', 156), ('1', 157), ('1', 158), ('2', 148), ('2', 149), ('2', 150), ('2', 151), ('2', 152), ('2', 153), ('2', 154), ('2', 155), ('2', 156), ('2', 157), ('2', 158), ('1', 160), ('1', 161), ('1', 162), ('1', 163), ('1', 164), ('1', 165), ('1', 166), ('1', 167), ('1', 168), ('1', 169), ('1', 170), ('2', 170), ('2', 171), ('2', 172), ('2', 173), ('2', 174), ('2', 175), ('2', 176), ('2', 177), ('2', 178), ('2', 179), ('2', 180), ('1', 171), ('1', 172), ('1', 173), ('1', 174), ('1', 175), ('1', 176), ('1', 177), ('1', 178), ('1', 179), ('1', 180), ('1', 181), ('2', 182), ('2', 183), ('2', 184), ('2', 185), ('2', 186), ('2', 187), ('2', 188), ('2', 189), ('2', 190), ('2', 191), ('2', 192), ('1', 193), ('1', 194), ('1', 195), ('1', 196), ('1', 197), ('1', 198), ('1', 199), ('1', 200), ('1', 201), ('1', 202), ('1', 203), ('2', 193), ('2', 205), ('2', 206), ('2', 207), ('2', 208), ('2', 209), ('2', 210), ('2', 211), ('2', 212), ('2', 213), ('2', 214), ('2', 215), ('1', 215), ('1', 216), ('1', 217), ('1', 218), ('1', 219), ('1', 220), ('1', 221), ('1', 222), ('1', 223), ('1', 224), ('1', 225), ('2', 216), ('2', 217), ('2', 218), ('2', 219), ('2', 220), ('2', 221), ('2', 222), ('2', 223), ('2', 224), ('2', 225), ('2', 226), ('1', 226), ('1', 228), ('1', 229), ('1', 230), ('1', 231), ('1', 232), ('1', 233), ('1', 234), ('1', 235), ('1', 236), ('1', 237), ('1', 238), ('2', 238), ('2', 239), ('2', 240), ('2', 241), ('2', 242), ('2', 243), ('2', 244), ('2', 245), ('2', 246), ('2', 247), ('2', 248), ('1', 239), ('1', 240), ('1', 241), ('1', 242), ('1', 243), ('1', 244), ('1', 245), ('1', 246), ('1', 247), ('1', 248), ('1', 249), ('2', 250), ('2', 251), ('2', 252), ('2', 253), ('2', 254), ('2', 255), ('2', 256), ('2', 257), ('2', 258), ('2', 259), ('2', 260), ('1', 261), ('1', 262), ('1', 263), ('1', 264), ('1', 265), ('1', 266), ('1', 267), ('1', 268), ('1', 269), ('1', 270), ('1', 271), ('2', 261), ('2', 273), ('2', 274), ('2', 275), ('2', 276), ('2', 277), ('2', 278), ('2', 279), ('2', 280), ('2', 281), ('2', 282), ('2', 283), ('1', 283), ('1', 284), ('1', 285), ('1', 286), ('1', 287), ('1', 288), ('1', 289), ('1', 290), ('1', 291), ('1', 292), ('1', 293), ('2', 295), ('2', 296), ('2', 297), ('2', 298), ('2', 299), ('2', 300), ('2', 301), ('2', 302), ('2', 303), ('2', 304), ('2', 305), ('1', 294), ('1', 306), ('1', 307), ('1', 308), ('1', 309), ('1', 310), ('1', 311), ('1', 312), ('1', 313), ('1', 314), ('1', 315), ('1', 316), ('2', 306), ('2', 307), ('2', 308), ('2', 309), ('2', 310), ('2', 311), ('2', 312), ('2', 313), ('2', 314), ('2', 315), ('2', 316), ('1', 318), ('1', 319), ('1', 320), ('1', 321), ('1', 322), ('1', 323), ('1', 324), ('1', 325), ('1', 326), ('1', 327), ('1', 328), ('2', 328), ('2', 329), ('2', 330), ('2', 331), ('2', 332), ('2', 333), ('2', 334), ('2', 335), ('2', 336), ('2', 337), ('2', 338), ('1', 329), ('1', 330), ('1', 331), ('1', 332), ('1', 333), ('1', 334), ('1', 335), ('1', 336), ('1', 337), ('1', 338), ('1', 339), ('2', 340), ('2', 341), ('2', 342), ('2', 343), ('2', 344), ('2', 345), ('2', 346), ('2', 347), ('2', 348), ('2', 349), ('2', 350), ('1', 351), ('1', 352), ('1', 353), ('1', 354), ('1', 355), ('1', 356), ('1', 357), ('1', 358), ('1', 359), ('1', 360), ('1', 361), ('2', 351), ('2', 363), ('2', 364), ('2', 365), ('2', 366), ('2', 367), ('2', 368), ('2', 369), ('2', 370), ('2', 371), ('2', 372), ('2', 373), ('1', 373), ('1', 374), ('1', 375), ('1', 376), ('1', 377), ('1', 378), ('1', 379), ('1', 380), ('1', 381), ('1', 382), ('1', 383), ('2', 374), ('2', 375), ('2', 376), ('2', 377), ('2', 378), ('2', 379), ('2', 380), ('2', 381), ('2', 382), ('2', 383), ('2', 384), ('1', 384), ('1', 386), ('1', 387), ('1', 388), ('1', 389), ('1', 390), ('1', 391), ('1', 392), ('1', 393), ('1', 394), ('1', 395), ('1', 396), ('2', 396), ('2', 397), ('2', 398), ('2', 399), ('2', 400), ('2', 401), ('2', 402), ('2', 403), ('2', 404), ('2', 405), ('2', 406), ('1', 397), ('1', 398), ('1', 399), ('1', 400), ('1', 401), ('1', 402), ('1', 403), ('1', 404), ('1', 405), ('1', 406), ('1', 407), ('2', 408), ('2', 409), ('2', 410), ('2', 411), ('2', 412), ('2', 413), ('2', 414), ('2', 415), ('2', 416), ('2', 417), ('2', 418), ('1', 419), ('1', 420), ('1', 421), ('1', 422), ('1', 423), ('1', 424), ('1', 425), ('1', 426), ('1', 427), ('1', 428), ('1', 429), ('2', 419), ('2', 431), ('2', 432), ('2', 433), ('2', 434), ('2', 435), ('2', 436), ('2', 437), ('2', 438), ('2', 439), ('2', 440), ('2', 441), ('1', 441), ('1', 442), ('1', 443), ('1', 444), ('1', 445), ('1', 446), ('1', 447), ('1', 448), ('1', 449), ('1', 450), ('1', 451), ('2', 453), ('2', 454), ('2', 455), ('2', 456), ('2', 457), ('2', 458), ('2', 459), ('2', 460), ('2', 461), ('2', 462), ('2', 463), ('1', 452), ('1', 464), ('1', 465), ('1', 466), ('1', 467), ('1', 468), ('1', 469), ('1', 470), ('1', 471), ('1', 472), ('1', 473), ('1', 474), ('2', 464), ('2', 465), ('2', 466), ('2', 467), ('2', 468), ('2', 469), ('2', 470), ('2', 471), ('2', 472), ('2', 473), ('2', 474), ('1', 476), ('1', 477), ('1', 478), ('1', 479), ('1', 480), ('1', 481), ('1', 482), ('1', 483), ('1', 484), ('1', 485), ('1', 486), ('2', 486), ('2', 487), ('2', 488), ('2', 489), ('2', 490), ('2', 491), ('2', 492), ('2', 493), ('2', 494), ('2', 495), ('2', 496), ('1', 487), ('1', 488), ('1', 489), ('1', 490), ('1', 491), ('1', 492), ('1', 493), ('1', 494), ('1', 495), ('1', 496), ('1', 497), ('2', 498), ('2', 499), ('2', 500), ('2', 501), ('2', 502), ('2', 503), ('2', 504), ('2', 505), ('2', 506), ('2', 507), ('2', 508), ('1', 509), ('1', 510), ('1', 511), ('1', 512), ('1', 513), ('1', 514), ('1', 515), ('1', 516), ('1', 517), ('1', 518), ('1', 519), ('2', 509), ('2', 521), ('2', 522), ('2', 523), ('2', 524), ('2', 525), ('2', 526), ('2', 527), ('2', 528), ('2', 529), ('2', 530), ('2', 531), ('1', 531), ('1', 532), ('1', 533), ('1', 534), ('1', 535), ('1', 536), ('1', 537), ('1', 538), ('1', 539), ('1', 540), ('1', 541), ('2', 532), ('2', 533), ('2', 534), ('2', 535), ('2', 536), ('2', 537), ('2', 538), ('2', 539), ('2', 540), ('2', 541), ('2', 542), ('1', 542), ('1', 544), ('1', 545), ('1', 546), ('1', 547), ('1', 548), ('1', 549), ('1', 550), ('1', 551), ('1', 552), ('1', 553), ('1', 554), ('2', 554), ('2', 555), ('2', 556), ('2', 557), ('2', 558), ('2', 559), ('2', 560), ('2', 561), ('2', 562), ('2', 563), ('2', 564), ('1', 555), ('1', 556), ('1', 557), ('1', 558), ('1', 559), ('1', 560), ('1', 561), ('1', 562), ('1', 563), ('1', 564), ('1', 565), ('2', 566), ('2', 567), ('2', 568), ('2', 569), ('2', 570), ('2', 571), ('2', 572), ('2', 573), ('2', 574), ('2', 575), ('2', 576), ('1', 577), ('1', 578), ('1', 579), ('1', 580), ('1', 581), ('1', 582), ('1', 583), ('1', 584), ('1', 585), ('1', 586), ('1', 587), ('2', 577), ('2', 589), ('2', 590), ('2', 591), ('2', 592), ('2', 593), 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('2', 1103), ('2', 1104), ('2', 1105), ('2', 1106), ('1', 1108), ('1', 1109), ('1', 1110), ('1', 1111), ('1', 1112), ('1', 1113), ('1', 1114), ('1', 1115), ('1', 1116), ('1', 1117), ('1', 1118), ('2', 1118), ('2', 1119), ('2', 1120), ('2', 1121), ('2', 1122), ('2', 1123), ('2', 1124), ('2', 1125), ('2', 1126), ('2', 1127), ('2', 1128), ('1', 1119), ('1', 1120), ('1', 1121), ('1', 1122), ('1', 1123), ('1', 1124), ('1', 1125), ('1', 1126), ('1', 1127), ('1', 1128), ('1', 1129), ('2', 1130), ('2', 1131), ('2', 1132), ('2', 1133), ('2', 1134), ('2', 1135), ('2', 1136), ('2', 1137), ('2', 1138), ('2', 1139), ('2', 1140), ('1', 1141), ('1', 1142), ('1', 1143), ('1', 1144), ('1', 1145), ('1', 1146), ('1', 1147), ('1', 1148), ('1', 1149), ('1', 1150), ('1', 1151), ('2', 1141), ('2', 1153), ('2', 1154), ('2', 1155), ('2', 1156), ('2', 1157), ('2', 1158), ('2', 1159), ('2', 1160), ('2', 1161), ('2', 1162), ('2', 1163), ('1', 1163), ('1', 1164), ('1', 1165), ('1', 1166), ('1', 1167), ('1', 1168), 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('2', 1225), ('2', 1226), ('2', 1227), ('2', 1228), ('2', 1229), ('2', 1230), ('2', 1231), ('1', 1231), ('1', 1232), ('1', 1233), ('1', 1234), ('1', 1235), ('1', 1236), ('1', 1237), ('1', 1238), ('1', 1239), ('1', 1240), ('1', 1241), ('2', 1243), ('2', 1244), ('2', 1245), ('2', 1246), ('2', 1247), ('2', 1248), ('2', 1249), ('2', 1250), ('2', 1251), ('2', 1252), ('2', 1253), ('1', 1242), ('1', 1254), ('1', 1255), ('1', 1256), ('1', 1257), ('1', 1258), ('1', 1259), ('1', 1260), ('1', 1261), ('1', 1262), ('1', 1263), ('1', 1264), ('2', 1254), ('2', 1255), ('2', 1256), ('2', 1257), ('2', 1258), ('2', 1259), ('2', 1260), ('2', 1261), ('2', 1262), ('2', 1263), ('2', 1264), ('1', 1266), ('1', 1267), ('1', 1268), ('1', 1269), ('1', 1270), ('1', 1271), ('1', 1272), ('1', 1273), ('1', 1274), ('1', 1275), ('1', 1276), ('2', 1276), ('2', 1277), ('2', 1278), ('2', 1279), ('2', 1280), ('2', 1281), ('2', 1282), ('2', 1283), ('2', 1284), ('2', 1285), ('2', 1286), ('1', 1277), ('1', 1278), ('1', 1279), ('1', 1280), ('1', 1281), ('1', 1282), ('1', 1283), ('1', 1284), ('1', 1285), ('1', 1286), ('1', 1287), ('2', 1288), ('2', 1289), ('2', 1290), ('2', 1291), ('2', 1292), ('2', 1293), ('2', 1294), ('2', 1295), ('2', 1296), ('2', 1297), ('2', 1298), ('1', 1299), ('1', 1300), ('1', 1301), ('1', 1302), ('1', 1303), ('1', 1304), ('1', 1305), ('1', 1306), ('1', 1307), ('1', 1308), ('1', 1309), ('2', 1299), ('2', 1311), ('2', 1312), ('2', 1313), ('2', 1314), ('2', 1315), ('2', 1316), ('2', 1317), ('2', 1318), ('2', 1319), ('2', 1320), ('2', 1321), ('1', 1321), ('1', 1322), ('1', 1323), ('1', 1324), ('1', 1325), ('1', 1326), ('1', 1327), ('1', 1328), ('1', 1329), ('1', 1330), ('1', 1331), ('2', 1322), ('2', 1323), ('2', 1324), ('2', 1325), ('2', 1326), ('2', 1327), ('2', 1328), ('2', 1329), ('2', 1330), ('2', 1331), ('2', 1332), ('1', 1332), ('1', 1334), ('1', 1335), ('1', 1336), ('1', 1337), ('1', 1338), ('1', 1339), ('1', 1340), ('1', 1341), ('1', 1342), ('1', 1343), ('1', 1344), ('2', 1344), ('2', 1345), ('2', 1346), ('2', 1347), ('2', 1348), ('2', 1349), ('2', 1350), ('2', 1351), ('2', 1352), ('2', 1353), ('2', 1354), ('1', 1345), ('1', 1346), ('1', 1347), ('1', 1348), ('1', 1349), ('1', 1350), ('1', 1351), ('1', 1352), ('1', 1353), ('1', 1354), ('1', 1355), ('2', 1356), ('2', 1357), ('2', 1358), ('2', 1359), ('2', 1360), ('2', 1361), ('2', 1362), ('2', 1363), ('2', 1364), ('2', 1365), ('2', 1366), ('1', 1367), ('1', 1368), ('1', 1369), ('1', 1370), ('1', 1371), ('1', 1372), ('1', 1373), ('1', 1374), ('1', 1375), ('1', 1376), ('1', 1377), ('2', 1367), ('2', 1379), ('2', 1380), ('2', 1381), ('2', 1382), ('2', 1383), ('2', 1384), ('2', 1385), ('2', 1386), ('2', 1387), ('2', 1388), ('2', 1389), ('1', 1389), ('1', 1390), ('1', 1391), ('1', 1392), ('1', 1393), ('1', 1394), ('1', 1395), ('1', 1396), ('1', 1397), ('1', 1398), ('1', 1399), ('2', 1401), ('2', 1402), ('2', 1403), ('2', 1404), ('2', 1405), ('2', 1406), ('2', 1407), ('2', 1408), ('2', 1409), ('2', 1410), ('2', 1411), ('1', 1400), ('1', 1412), ('1', 1413), ('1', 1414), ('1', 1415), ('1', 1416), ('1', 1417), ('1', 1418), ('1', 1419), ('1', 1420), ('1', 1421), ('1', 1422), ('2', 1412), ('2', 1413), ('2', 1414), ('2', 1415), ('2', 1416), ('2', 1417), ('2', 1418), ('2', 1419), ('2', 1420), ('2', 1421), ('2', 1422), ('1', 1424), ('1', 1425), ('1', 1426), ('1', 1427), ('1', 1428), ('1', 1429), ('1', 1430), ('1', 1431), ('1', 1432), ('1', 1433), ('1', 1434), ('2', 1434), ('2', 1435), ('2', 1436), ('2', 1437), ('2', 1438), ('2', 1439), ('2', 1440), ('2', 1441), ('2', 1442), ('2', 1443), ('2', 1444), ('1', 1435), ('1', 1436), ('1', 1437), ('1', 1438), ('1', 1439), ('1', 1440), ('1', 1441), ('1', 1442), ('1', 1443), ('1', 1444), ('1', 1445), ('2', 1446), ('2', 1447), ('2', 1448), ('2', 1449), ('2', 1450), ('2', 1451), ('2', 1452), ('2', 1453), ('2', 1454), ('2', 1455), ('2', 1456), ('1', 1457), ('1', 1458), ('1', 1459), ('1', 1460), ('1', 1461), ('1', 1462), ('1', 1463), ('1', 1464), ('1', 1465), ('1', 1466), ('1', 1467), ('2', 1457), ('2', 1469), ('2', 1470), ('2', 1471), ('2', 1472), ('2', 1473), ('2', 1474), ('2', 1475), ('2', 1476), ('2', 1477), ('2', 1478), ('2', 1479), ('1', 1479), ('1', 1480), ('1', 1481), ('1', 1482), ('1', 1483), ('1', 1484), ('1', 1485), ('1', 1486), ('1', 1487), ('1', 1488), ('1', 1489), ('2', 1480), ('2', 1481), ('2', 1482), ('2', 1483), ('2', 1484), ('2', 1485), ('2', 1486), ('2', 1487), ('2', 1488), ('2', 1489), ('2', 1490), ('1', 1490), ('1', 1492), ('1', 1493), ('1', 1494), ('1', 1495), ('1', 1496), ('1', 1497), ('1', 1498), ('1', 1499), ('1', 1500), ('1', 1501), ('1', 1502), ('2', 1502), ('2', 1503), ('2', 1504), ('2', 1505), ('2', 1506), ('2', 1507), ('2', 1508), ('2', 1509), ('2', 1510), ('2', 1511), ('2', 1512), ('1', 1503), ('1', 1504), ('1', 1505), ('1', 1506), ('1', 1507), ('1', 1508), ('1', 1509), ('1', 1510), ('1', 1511), ('1', 1512), ('1', 1513), ('2', 1514), ('2', 1515), ('2', 1516), ('2', 1517), ('2', 1518), ('2', 1519), ('2', 1520), ('2', 1521), ('2', 1522), ('2', 1523), ('2', 1524), ('1', 1525), ('1', 1526), ('1', 1527), ('1', 1528), ('1', 1529), ('1', 1530), ('1', 1531), ('1', 1532), ('1', 1533), ('1', 1534), ('1', 1535), ('2', 1525), ('2', 1537), ('2', 1538), ('2', 1539), ('2', 1540), ('2', 1541), ('2', 1542), ('2', 1543), ('2', 1544), ('2', 1545), ('2', 1546), ('2', 1547), ('1', 1547), ('1', 1548), ('1', 1549), ('1', 1550), ('1', 1551), ('1', 1552), ('1', 1553), ('1', 1554), ('1', 1555), ('1', 1556), ('1', 1557), ('2', 1559), ('2', 1560), ('2', 1561), ('2', 1562), ('2', 1563), ('2', 1564), ('2', 1565), ('2', 1566), ('2', 1567), ('2', 1568), ('1', 1558), ('1', 1570)] 2000
share_data result: 1571
這就是多線程寫操作帶來的線程安全問題。具體來說這種線程同步屬于互斥關(guān)系。接下來看一下python提供的多線程同步措施。
threading模塊的給python線程提供了一些同步機(jī)制，具體用法可以參照官網(wǎng)上的文檔說明。
- Lock：互斥鎖，只能有一個(gè)線程獲取，獲取該鎖的線程才能執(zhí)行，否則阻塞；
- RLock：遞歸鎖，也稱可重入鎖，已經(jīng)獲得該鎖的線程可以繼續(xù)多次獲得該鎖，而不會(huì)被阻塞，釋放的次數(shù)必須和獲取的次數(shù)相同才會(huì)真正釋放該鎖；
- Condition：條件變量，使得一個(gè)線程等待另一個(gè)線程滿足特定條件，比如改變狀態(tài)或某個(gè)值。然后會(huì)主動(dòng)通知另一個(gè)線程，并主動(dòng)放棄鎖；
- Semaphore：信號(hào)鎖。為線程間共享的有限資源提供一個(gè)”計(jì)數(shù)器”，如果沒有可用資源則會(huì)被阻塞；
- Event：事件鎖，任意數(shù)量的線程等待某個(gè)事件的發(fā)生，在該事件發(fā)生后所有線程被激活；
- Timer：一種計(jì)時(shí)器（其用法比較簡(jiǎn)單，不算同步機(jī)制暫不介紹）
互斥鎖Lock
其基本用法非常簡(jiǎn)單：
- 創(chuàng)建鎖：Lock()
- 獲得鎖：acquire([blocking])
- 釋放鎖：release()
import threading
import time
lock = threading.Lock() # step 1: 創(chuàng)建互斥鎖
share_data = 0
def tstart(arg):
time.sleep(0.1)
global share_data
if lock.acquire(): # step 2: 獲取互斥鎖，否則阻塞當(dāng)前線程
share_data += 1
lock.release() # step 3: 釋放互斥鎖
if __name__ == '__main__':
tlst = list()
for i in xrange(10):
t = threading.Thread(target=tstart, args=('',))
tlst.append(t)
for t in tlst:
t.start()
tlst[2].join()
print("This is main function at：%s" % time.time())
print 'share_data result:', share_data
結(jié)果：
This is main function at：1564909315.86
share_data result: 7
上面的share_data結(jié)果有一定的隨機(jī)性，因?yàn)槲覀冎坏却诙€(gè)線程執(zhí)行結(jié)束就直接讀取結(jié)果然后結(jié)束主線程了。
不過從上面這個(gè)結(jié)果我們可以推斷出，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)線程結(jié)束且主線程執(zhí)行到輸出share_data的結(jié)果時(shí)，至少七個(gè)線程完成了對(duì)share_data的加1操作；
重入鎖RLock
由于當(dāng)前線程獲得鎖之后，在釋放鎖之前有可能再次獲取鎖導(dǎo)致死鎖。python引入了重入鎖。
import threading
import time
rlock = threading.RLock() # step 1: 創(chuàng)建重入鎖
share_data = 0
def check_data():
global share_data
if rlock.acquire():
if share_data > 10:
share_data = 0
rlock.release()
def tstart(arg):
time.sleep(0.1)
global share_data
if rlock.acquire(): # step 2: 獲取重入鎖，否則阻塞當(dāng)前線程
check_data()
share_data += 1
rlock.release() # step 3: 釋放重入鎖
if __name__ == '__main__':
t1 = threading.Thread(target = tstart, args = ('',))
t1.start()
t1.join()
print("This is main function at：%s" % time.time())
print 'share_data result:', share_data
這個(gè)例子如果使用互斥鎖，就會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前線程阻塞。
信號(hào)量Semaphore
信號(hào)量有一個(gè)初始值，表示當(dāng)前可用的資源數(shù)，多線程執(zhí)行過程中會(huì)動(dòng)態(tài)的加減信號(hào)量，信號(hào)量某一時(shí)刻的值表示的是當(dāng)前還可以增加的執(zhí)行的線程的數(shù)量；
信號(hào)量有兩種操作：
- acquire(即P操作)
- release(即V操作)
執(zhí)行V操作的線程不受限制，執(zhí)行P操作的線程當(dāng)資源不足時(shí)會(huì)被阻塞；
def get_wait_time():
return random.random()/5.0
# 資源數(shù)0
S = threading.Semaphore(0)
def consumer(name):
S.acquire()
time.sleep(get_wait_time())
print name
def producer(name):
# time.sleep(0.1)
time.sleep(get_wait_time())
print name
S.release()
if __name__ == "__main__":
for i in xrange(5, 10):
c = threading.Thread(target=consumer, args=("consumer:%s"%i, ))
c.start()
for i in xrange(5):
p = threading.Thread(target=producer, args=("producer:%s"%i, ))
p.start()
time.sleep(2)
下面是一種可能的執(zhí)行結(jié)果：
producer:3
producer:0
consumer:6
producer:4
producer:1
consumer:5
producer:2
consumer:7
consumer:8
consumer:9
條件Condition
接下來看一下另一種同步機(jī)制條件Condition，該同步條件不是很直觀，為了更好的查看其工作過程，先定義一些函數(shù)：
def get_time():
return time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
def show_start_info(tname):
print '%s start at: %s' %(tname, get_time())
def show_acquire_info(tname):
print '%s acquire at: %s' % (tname, time.time())
def show_add_once_res(tname):
print '%s add: %s at: %s' % (tname, share_data, time.time())
def show_end_info(tname):
print 'End %s with: %s at: %s' % (tname, share_data, time.time())
def show_wait_info(tname):
print '%s wait at: %s' % (tname, time.time())
條件變量可以使線程已經(jīng)獲得鎖的情況下，在條件不滿足的時(shí)候可以主動(dòng)的放棄鎖，通知喚醒其他阻塞的線程；基本工作過程如下：
- 創(chuàng)建一個(gè)全局條件變量對(duì)象；
- 每一個(gè)線程執(zhí)行前先acquire條件變量，獲取則執(zhí)行，否則阻塞。
- 當(dāng)前執(zhí)行線程推進(jìn)過程中會(huì)判斷一些條件，如果條件不滿足則wait并主動(dòng)釋放鎖，調(diào)用wait會(huì)使當(dāng)前線程阻塞；
- 判斷條件滿足，進(jìn)行一些處理改變條件后，當(dāng)前線程通過notify方法通知并喚醒其他線程，其他處于wait狀態(tài)的線程接到通知后會(huì)重新判斷條件，若滿足其執(zhí)行條件就執(zhí)行。注意調(diào)用notify不會(huì)釋放鎖；
- 不斷的重復(fù)這一過程，直到任務(wù)完成。
這里有一點(diǎn)不好理解，當(dāng)前線程修改了條件之后，通過notify通知其他線程檢查其各自的執(zhí)行條件是否滿足，但是條件變量持有的唯一的鎖被當(dāng)前線程擁有而且沒有釋放，那么其他線程怎么執(zhí)行？
Python文檔給出的說明如下：
Note: an awakened thread does not actually return from its wait() call until it can reacquire the lock. Since notify() does not release the lock, its caller should.
也就是說notify通知喚醒的線程不會(huì)從其wait函數(shù)返回，并繼續(xù)執(zhí)行，而是直到其獲得了條件變量中的鎖。調(diào)用notify的線程應(yīng)該主動(dòng)釋放鎖，因?yàn)閚otify函數(shù)不會(huì)釋放。
那這里就會(huì)有一個(gè)問題，當(dāng)前線程修改了其他線程執(zhí)行的條件，通知其他線程后并主動(dòng)調(diào)用wait釋放鎖掛起自己，如果其他線程執(zhí)行的條件均不滿足，那所有線程均會(huì)阻塞；
下面通過兩個(gè)線程交替打印字符"A"和“B”來說明條件變量的使用：
share_data, max_len = '#', 6
cond = threading.Condition()
def addA(tname):
show_start_info(tname)
cond.acquire()
time.sleep(1)
show_acquire_info(tname)
global share_data
while len(share_data) <= max_len:
if share_data[-1] != 'A':
share_data += 'A'
time.sleep(1)
cond.notify()
show_add_once_res(tname)
else:
# show_wait_info(tname)
cond.wait()
cond.release()
show_end_info(tname)
def addB(tname):
show_start_info(tname)
cond.acquire()
time.sleep(1)
show_acquire_info(tname)
global share_data
while len(share_data) <= max_len:
if share_data[-1] != 'B':
share_data += 'B'
time.sleep(1)
cond.notify()
show_add_once_res(tname)
else:
# show_wait_info(tname)
cond.wait()
cond.release()
show_end_info(tname)
if __name__ == "__main__":
t1 = threading.Thread(target=addA, args=("Thread 1", ))
t2 = threading.Thread(target=addB, args=("Thread 2", ))
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
print "share_data:", share_data
結(jié)果：
Thread 1 start at: 2019-08-10 17:47:54
Thread 2 start at: 2019-08-10 17:47:54
Thread 1 acquire at: 1565430475.68
Thread 1 add: #A at: 1565430476.68
Thread 2 acquire at: 1565430477.68
Thread 2 add: #AB at: 1565430478.68
Thread 1 add: #ABA at: 1565430479.68
Thread 2 add: #ABAB at: 1565430480.68
Thread 1 add: #ABABA at: 1565430481.68
Thread 2 add: #ABABAB at: 1565430482.68
End Thread 2 with: #ABABAB at: 1565430482.68
End Thread 1 with: #ABABAB at: 1565430482.68
share_data: #ABABAB
結(jié)果中可以看出雙線程執(zhí)行的過程以及時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
事件Event
最后再來看一種簡(jiǎn)單粗暴的線程間同步方式：Event.
該方式的核心就是使用事件控制一個(gè)全局變量的狀態(tài)：True or False。線程執(zhí)行過程中先判斷變量的值，為True就執(zhí)行，否則調(diào)用wait阻塞自己；
當(dāng)全局變量的狀態(tài)被set為True時(shí)，會(huì)喚醒所有調(diào)用wait而進(jìn)入阻塞狀態(tài)的線程；需要暫停所有線程時(shí)，使用clear將全局變量設(shè)置為False；
下面使用一個(gè)兩個(gè)玩家擲骰子，一個(gè)裁判判斷勝負(fù)，共三輪的游戲來演示一下事件event的使用；
E = threading.Event()
E.clear()
res1, res2, cnt, lst = 0, 0, 3, ("player2", 'both', 'player1')
def show_round_res():
print ("Stop! judging... %s win!" % lst[cmp(res1, res2) + 1])
def judge():
global cnt
while cnt > 0:
print 'start game!'
E.set()
time.sleep(1)
E.clear()
show_round_res()
time.sleep(1)
cnt -= 1
print "game over by judge!"
def player1():
global res1
while cnt > 0:
if E.is_set():
res1 = random.randint(1, 6)
print "player1 get %d" % res1
time.sleep(1.5)
E.wait()
print "player1 quit!"
def player2():
global res2
while cnt > 0:
if E.is_set():
res2 = random.randint(1, 6)
print "player2 get %d" % res2
time.sleep(1.5)
E.wait()
print "player2 quit!"
if __name__ == "__main__":
t1 = threading.Thread(target=judge, args=( ))
t2 = threading.Thread(target=player1, args=( ))
t3 = threading.Thread(target=player2, args=( ))
t1.start()
t2.start()
t3.start()
t1.join()
E.set()
有一點(diǎn)需要注意的是，線程調(diào)用wait時(shí)，只有當(dāng)變量值為False時(shí)才會(huì)阻塞當(dāng)前線程，如果全局變量是True，會(huì)立即返回；
下面是一種可能的結(jié)果：
start game!
player1 get 2
player2 get 2
Stop! judging... both win!
start game!
player2 get 3
player1 get 4
Stop! judging... player1 win!
start game!
player1 get 1
player2 get 3
Stop! judging... player2 win!
game over by judge!
player2 quit!
player1 quit!
總結(jié)
上面是為了解決線程安全問題所采取的一些同步措施。Python為進(jìn)程同步提供了類似線程的同步措施，例如鎖、信號(hào)量等。
不同于線程間共享進(jìn)程資源，進(jìn)程擁有獨(dú)立的地址空間，不同進(jìn)程內(nèi)存空間是隔離的。
因此對(duì)于進(jìn)程我們通常關(guān)注他們之間的通信方式，后續(xù)會(huì)有文章介紹進(jìn)程之間的同步。
好了，以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。
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