11.python并发入门（part3 多线程与互斥锁）

Posted 2020-09-17

一、锁的概念。

锁，通常被用来实现共享数据的访问，为每一个共享的数据，创建一个Lock对象（一把锁），当需要访问这个共享的资源时，可以调用acquire方法来获取一个锁的对象，当共享资源访问结束后，在调用release方法去解锁。

二、python中的互斥锁。

在介绍互斥锁之前，先来一起看一个例子。（每个线程对num实现一次-1的操作）

import threading

import  time

num = 200  #每个线程都共享这个变量。

tread_list = []

def count_num():

    global num  #每个线程都去获取这个全局变量。

    temp_num = num

    time.sleep(0.1) #执行sleep,相当于执行IO操作.

    num = temp_num - 1 #对公共的变量做一个-1的操作。

for i in range(200):      #同时开启200个线程

    t = threading.Thread(target=add_num)

    t.start()

    tread_list.append(t)

for t in tread_list:

    t.join()

print "ending....num = %s" %(num)

最后的结果就是：

ending....num = 199

结果并不是我们想要的。来分析下为何会出现这种现象。

200个线程现在想统一修改一个全局变量，由于python解释器的GIL锁的限制，每次只能有一个线程在cpu上运行，在执行到sleep时，就相当于一次I/O操作，这时就会切到其他的线程，在执行sleep之前，当前运行的这个线程，这个线程取到的全局变量的值是200（temp_num = 200），还没来得及做修改，就被切换到其他线程了,其他的线程也是一样的道理，取到temp_num = 200这个值后，还没来得及计算，执行到sleep触发一次IO操作后，又切到了其他的线程，第2个第3个直到最后一个线程都拿到了temp_num=200这个变量后，后面的计算操作才会开始运行！（不要忘记一个概念，线程在切换之前，是会保存当前执行状态的）当所有线程都拿到了emp_num=200这个变量后，每个线程都会自己执行一遍

num = temp_num - 1这也就导致了每个线程执行的都是200-1 所以，最后的结果就等于199.

例子2.还拿刚刚写的那个减法程序举例，我们把sleep的时间缩短为0.001秒看看会出现什么效果？

还是上一段代码，只不过把count_num函数的time.sleep(0.1)改为time.sleep(0.001)看看出现了什么效果。

我们把执行过程也输出一下：

i am Thread-1 , set num 200

i am Thread-2 , set num 200

i am Thread-3 , set num 200

i am Thread-4 , set num 200

i am Thread-5 , set num 200

i am Thread-6 , set num 200

i am Thread-7 , set num 200

i am Thread-8 , set num 200

i am Thread-9 , set num 200

i am Thread-10 , set num 200

i am Thread-11 , set num 199

i am Thread-12 , set num 199

i am Thread-13 , set num 198

i am Thread-14 , set num 198

i am Thread-15 , set num 197

i am Thread-16 , set num 197

i am Thread-17 , set num 197

i am Thread-18 , set num 197

i am Thread-19 , set num 196

i am Thread-20 , set num 196

i am Thread-21 , set num 196

i am Thread-22 , set num 195

i am Thread-23 , set num 195

i am Thread-24 , set num 194

i am Thread-25 , set num 194

i am Thread-26 , set num 194

i am Thread-27 , set num 193

i am Thread-28 , set num 193

i am Thread-29 , set num 192

i am Thread-30 , set num 192

i am Thread-31 , set num 192

i am Thread-32 , set num 191

i am Thread-33 , set num 190

i am Thread-34 , set num 189

i am Thread-35 , set num 189

i am Thread-36 , set num 188

i am Thread-37 , set num 187

i am Thread-38 , set num 186

i am Thread-39 , set num 186

i am Thread-40 , set num 185

i am Thread-41 , set num 185

i am Thread-42 , set num 184

i am Thread-43 , set num 184

i am Thread-44 , set num 184

i am Thread-45 , set num 184

i am Thread-46 , set num 184

i am Thread-47 , set num 183

i am Thread-48 , set num 182

i am Thread-49 , set num 182

i am Thread-50 , set num 181

i am Thread-51 , set num 179

i am Thread-52 , set num 179

i am Thread-53 , set num 179

i am Thread-54 , set num 179

i am Thread-55 , set num 177

i am Thread-56 , set num 177

i am Thread-57 , set num 177

i am Thread-58 , set num 177

i am Thread-59 , set num 177

i am Thread-60 , set num 176

i am Thread-61 , set num 175

i am Thread-62 , set num 175

i am Thread-63 , set num 174

i am Thread-64 , set num 174

i am Thread-65 , set num 174

i am Thread-66 , set num 174

i am Thread-67 , set num 173

i am Thread-68 , set num 171

i am Thread-69 , set num 171

i am Thread-70 , set num 171

i am Thread-71 , set num 170

i am Thread-72 , set num 169

i am Thread-73 , set num 168

i am Thread-74 , set num 167

i am Thread-75 , set num 166

i am Thread-76 , set num 166

i am Thread-77 , set num 165

i am Thread-78 , set num 165

i am Thread-79 , set num 165

i am Thread-80 , set num 165

i am Thread-81 , set num 164

i am Thread-82 , set num 164

i am Thread-83 , set num 163

i am Thread-84 , set num 162

i am Thread-85 , set num 162

i am Thread-86 , set num 162

i am Thread-87 , set num 160

i am Thread-88 , set num 159

i am Thread-89 , set num 159

i am Thread-90 , set num 158

i am Thread-91 , set num 157

i am Thread-92 , set num 156

i am Thread-93 , set num 156

i am Thread-94 , set num 156

i am Thread-95 , set num 156

i am Thread-96 , set num 156

i am Thread-97 , set num 155

i am Thread-98 , set num 154

i am Thread-99 , set num 154

i am Thread-100 , set num 154

i am Thread-101 , set num 153

i am Thread-102 , set num 152

i am Thread-103 , set num 152

i am Thread-104 , set num 151

i am Thread-105 , set num 151

i am Thread-106 , set num 151

i am Thread-107 , set num 151

i am Thread-108 , set num 150

i am Thread-109 , set num 149

i am Thread-110 , set num 149

i am Thread-111 , set num 149

i am Thread-112 , set num 149

i am Thread-113 , set num 149

i am Thread-114 , set num 149

i am Thread-115 , set num 149

i am Thread-116 , set num 149

i am Thread-117 , set num 149

i am Thread-118 , set num 149

i am Thread-119 , set num 149

i am Thread-120 , set num 149

i am Thread-121 , set num 149

i am Thread-122 , set num 149

i am Thread-123 , set num 148

i am Thread-124 , set num 147

i am Thread-125 , set num 147

i am Thread-126 , set num 145

i am Thread-127 , set num 145

i am Thread-128 , set num 145

i am Thread-129 , set num 144

i am Thread-130 , set num 143

i am Thread-131 , set num 142

i am Thread-132 , set num 142

i am Thread-133 , set num 142

i am Thread-134 , set num 142

i am Thread-135 , set num 142

i am Thread-136 , set num 142

i am Thread-137 , set num 141

i am Thread-138 , set num 141

i am Thread-139 , set num 141

i am Thread-140 , set num 140

i am Thread-141 , set num 140

i am Thread-142 , set num 139

i am Thread-143 , set num 139

i am Thread-144 , set num 139

i am Thread-145 , set num 139

i am Thread-146 , set num 138

i am Thread-147 , set num 138

i am Thread-148 , set num 137

i am Thread-149 , set num 136

i am Thread-150 , set num 136

i am Thread-151 , set num 136

i am Thread-152 , set num 136

i am Thread-153 , set num 136

i am Thread-154 , set num 135

i am Thread-155 , set num 135

i am Thread-156 , set num 135

i am Thread-157 , set num 134

i am Thread-158 , set num 133

i am Thread-159 , set num 133

i am Thread-160 , set num 133

i am Thread-161 , set num 133

i am Thread-162 , set num 132

i am Thread-163 , set num 131

i am Thread-164 , set num 131

i am Thread-165 , set num 131

i am Thread-166 , set num 131

i am Thread-167 , set num 131

i am Thread-168 , set num 130

i am Thread-169 , set num 130

i am Thread-170 , set num 130

i am Thread-171 , set num 130

i am Thread-172 , set num 129

i am Thread-173 , set num 127

i am Thread-174 , set num 127

i am Thread-175 , set num 127

i am Thread-176 , set num 127

i am Thread-177 , set num 127

i am Thread-178 , set num 126

i am Thread-179 , set num 126

i am Thread-180 , set num 125

i am Thread-181 , set num 124

i am Thread-182 , set num 124

i am Thread-183 , set num 124

i am Thread-184 , set num 124

i am Thread-185 , set num 123

i am Thread-186 , set num 122

i am Thread-187 , set num 122

i am Thread-188 , set num 122

i am Thread-189 , set num 122

i am Thread-190 , set num 122

i am Thread-191 , set num 121

i am Thread-192 , set num 120

i am Thread-193 , set num 119

i am Thread-194 , set num 118

i am Thread-195 , set num 118

i am Thread-196 , set num 118

i am Thread-197 , set num 118

i am Thread-198 , set num 118

i am Thread-199 , set num 117

i am Thread-200 , set num 116

ending....num = 115

这个结果完全出乎意料，最终num变成了115。

接着来分析下造成这种结果的原因。

当sleep时间较短的时候，在线程切换的过程中，之前运行的线程的sleep就已经执行结束了，就会重新参与竞争cpu资源，在切得过程中，之前的线程sleep结束，就有了被切回去的可能，继续执行后面的num = temp_num - 1 所以就会导致这种情况。

注意！！这里面的sleep是用来模拟程序中的I/O操作！

从第二个例子中，我们可以看到一个全局资源被抢占的现象，没有控制多个线程对一个全局资源的访问控制，造成全局资源的损坏（这里的损坏是指得到了我们不想要的结果）使我们无法预测程序最后执行的结果，如果想避免这种问题，就需要用到“互斥锁”。

“互斥锁”最主要的作用就是，保证在操作共享数据时，共享数据的完整性。

互斥锁实现的方式，就是为每个共享的资源创建一个Lock对象，当需要访问这个共享资源的时候，调用

这个锁的acquire方法来获取锁的对象，资源访问结束后，在调用release方法去解锁。

我们对上面的程序进行整改，为此我们需要添加一个互斥锁变量t_lock = threading.Lock()，然后在争夺资源的时候之前我们会先抢占这把锁t_lock.acquire()，对资源使用完成之后我们在释放这把锁t_lock.release().

#!/usr/local/bin/python2.7

# -*- coding:utf-8 -*-

import threading

import  time

num = 1000

tread_list = []

t_lock = threading.RLock()  #创建一个锁的对象。

def add_num():

    global num,temp_num

    if t_lock.acquire():   #加锁

        temp_num = num

        time.sleep(0.001) #执行sleep,相当于执行IO操作.

        num = temp_num - 1

        t_lock.release()  #公共资源访问和操作结束后，解锁。

for i in range(200):

    t = threading.Thread(target=add_num)

    t.start()

    tread_list.append(t)

for t in tread_list:

    t.join()

print "ending....num = %s" %(num)

最后看下输出结果：

ending....num = 0

之前的资源抢占现象得到了解决。

当一个线程去调用一个Lock对象的acquire()方法去得到一个锁时，这把锁就会进入一个“locked”锁定的状态，在锁定时，每次只有一个线程可以获得锁，如果有第二个线程试图去获得锁（去访问操作共享资源时），去操作共享的数据时，第二个线程就会进入阻塞状态，直到线程1对共享数据资源操作结束后，调用了这个lock对象的release方法后（此时的锁已经变为“unlocked”状态），线程二才可以去操作共享资源。

大概的加锁思路就是这样的：

import threading

R=threading.Lock()  #创建一个锁的对象

R.acquire() #加锁

‘‘‘

对公共数据的操作    #执行了对公共数据的操作后

‘‘‘

R.release() #解锁

最后补充~

写到这里，可能会有人觉得，互斥锁和join没什么区别！！事实并非如此！

互斥锁可以做到，只有对公共数据进行访问或者操作的时候是串行模式！

如果使用了join，那么两个线程中所有执行的操作都会变为串行模式！！

这两个还是有很大区别的！

本文出自 “reBiRTH” 博客，请务必保留此出处http://suhaozhi.blog.51cto.com/7272298/1924938