Python并发编程—同步互斥

Posted 2021-12-28 maplethefox

同步互斥

线程间通信方法

1.通信方法：线程间使用全局变量进行通信

2.共享资源争夺

 

• 共享资源：多个进程或者线程都可以操作的资源称为共享资源。对共享资源的操作代码段称为临界区。
• 影响 ： 对共享资源的无序操作可能会带来数据的混乱，或者操作错误。此时往往需要同步互斥机制协调操作顺序。

 

3.同步互斥机制

同步 ： 同步是一种协作关系，为完成操作，多进程或者线程间形成一种协调，按照必要的步骤有序执行操作。

互斥 ： 互斥是一种制约关系，当一个进程或者线程占有资源时会进行加锁处理，此时其他进程线程就无法操作该资源，直到解锁后才能操作。

线程同步互斥方法

线程Event

from threading import Event

e = Event() 创建线程event对象

e.wait([timeout]) 阻塞等待e被set

e.set() 设置e，使wait结束阻塞

e.clear() 使e回到未被设置状态

e.is_set() 查看当前e是否被设置

 1 from threading import Thread,Event
 2 
 3 s = None  # 用于通信
 4 e = Event() # 创建event对象
 5 
 6 def 杨子荣():
 7   print("杨子荣前来拜山头")
 8   global s
 9   s = "天王盖地虎"
10   e.set()  # 对e设置
11 
12 t = Thread(target=杨子荣)
13 t.start()
14 
15 print("说对口令就是自己人")
16 e.wait()  # 阻塞等待口令说出
17 if s == ‘天王盖地虎‘:
18   print("宝塔镇河妖")
19   print("确认过眼神,你是对的人")
20 else:
21   print("打死他...")
22 
23 
24 t.join()

线程互斥方法演示

线程锁 Lock

from threading import Lock

lock = Lock() 创建锁对象

lock.acquire() 上锁 如果lock已经上锁再调用会阻塞

lock.release() 解锁

with lock: 上锁

...

...

with代码块结束自动解锁

 1 from threading import Thread,Lock
 2 
 3 a = b = 0
 4 lock = Lock() # 定义锁
 5 
 6 def value():
 7   while True:
 8     lock.acquire()  # 上锁
 9     if a != b:
10       print("a = %d,b = %d"%(a,b))
11     lock.release() # 解锁
12 
13 t = Thread(target = value)
14 t.start()
15 
16 while True:
17   with lock:
18     a += 1
19     b += 1
20 
21 t.join()

线程lock锁演示

死锁及其处理

1.定义：死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

2.死锁产生条件

• 死锁发生的必要条件
• 互斥条件：指线程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
• 请求和保持条件：指线程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求线程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
• 不剥夺条件：指线程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放,通常CPU内存资源是可以被系统强行调配剥夺的。
• 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个线程——资源的环形链，即进程集合T0，T1，T2，···，Tn中的T0正在等待一个T1占用的资源；T1正在等待T2占用的资源，……，Tn正在等待已被T0占用的资源。

3.死锁的产生原因

简单来说造成死锁的原因可以概括成三句话：

• 当前线程拥有其他线程需要的资源
• 当前线程等待其他线程已拥有的资源
• 都不放弃自己拥有的资源

4.如何避免死锁

死锁是我们非常不愿意看到的一种现象，我们要尽可能避免死锁的情况发生。通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个，来预防发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法。但是由于所施加的限制条件往往太严格，可能会导致系统资源利用率。

 1 import time
 2 import threading
 3 
 4 # 交易类
 5 class Account:
 6   def __init__(self,_id,balance,lock):
 7     self.id = _id # 用户
 8     self.balance = balance # 存款
 9     self.lock = lock # 锁
10 
11   # 取钱
12   def withdraw(self,amount):
13     self.balance -= amount
14 
15   # 存钱
16   def deposit(self,amount):
17     self.balance += amount
18 
19   # 查看余额
20   def get_balance(self):
21     return self.balance
22 
23 # 创建账户
24 Tom = Account(‘Tom‘,5000,threading.Lock())
25 Alex = Account(‘Alex‘,8000,threading.Lock())
26 
27 # 转账函数
28 def  transfer(from_,to,amount):
29   if from_.lock.acquire():  #锁自己账户
30     from_.withdraw(amount) # 自己账户减少
31     time.sleep(0.5)
32     if to.lock.acquire(): # 对方账户上锁
33       to.deposit(amount)
34       to.lock.release()  # 对方账户解锁
35     from_.lock.release() # 自己账户解锁
36   print("%s 给 %s转账完成"%(from_.id,to.id))
37 
38 t1 = threading.Thread(target = transfer,
39                        args=(Tom,Alex,2000))
40 t2 = threading.Thread(target = transfer,
41                        args=(Alex,Tom,2000))
42 t1.start()
43 t2.start()
44 t1.join()
45 t2.join()

线程死锁演示