python 多线程中的同步锁 Lock Rlock Semaphore Event Condition

最新推荐文章于 2025-03-28 00:48:38 发布

菜鸟磊子

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分类专栏： python 操作系统 linux 文章标签： python 多线程线程安全线程

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在使用多线程的应用下，如何保证线程安全，以及线程之间的同步，或者访问共享变量等问题是十分棘手的问题，也是使用多线程下面临的问题，如果处理不好，会带来较严重的后果，使用python多线程中提供Lock Rlock Semaphore Event Condition 用来保证线程之间的同步，后者保证访问共享变量的互斥问题

Lock & RLock:互斥锁用来保证多线程访问共享变量的问题
Semaphore对象：Lock互斥锁的加强版，可以被多个线程同时拥有，而Lock只能被某一个线程同时拥有。
Event对象: 它是线程间通信的方式，相当于信号，一个线程可以给另外一个线程发送信号后让其执行操作。
Condition对象：其可以在某些事件触发或者达到特定的条件后才处理数据

1、Lock(互斥锁)

请求锁定 — 进入锁定池等待 — 获取锁 — 已锁定 — 释放锁
Lock（指令锁）是可用的最低级的同步指令。Lock处于锁定状态时，不被特定的线程拥有。Lock包含两种状态——锁定和非锁定，以及两个基本的方法。
可以认为Lock有一个锁定池，当线程请求锁定时，将线程至于池中，直到获得锁定后出池。池中的线程处于状态图中的同步阻塞状态。
构造方法：
Lock()
实例方法：
acquire([timeout]): 使线程进入同步阻塞状态，尝试获得锁定。
release(): 释放锁。使用前线程必须已获得锁定，否则将抛出异常。


        if mutex.acquire():
            counter += 1
            print "I am %s, set counter:%s" % (self.name, counter)
            mutex.release()

2、RLock(可重入锁)

RLock（可重入锁）是一个可以被同一个线程请求多次的同步指令。RLock使用了“拥有的线程”和“递归等级”的概念，处于锁定状态时，RLock被某个线程拥有。拥有RLock的线程可以再次调用acquire()，释放锁时需要调用release()相同次数。
可以认为RLock包含一个锁定池和一个初始值为0的计数器，每次成功调用 acquire()/release()，计数器将+1/-1，为0时锁处于未锁定状态。
构造方法：
RLock()
实例方法：
acquire([timeout])/release(): 跟Lock差不多。

3、Semaphore(共享对象访问)

咱们再聊聊Semaphore ，说实话Semaphore是我最晚使用的同步锁，以前类似的实现，是我用Rlock实现的，相对来说有些绕，毕竟Rlock 是需要成对的锁定和开锁的》。。。

Semaphore管理一个内置的计数器，
每当调用acquire()时内置计数器-1；
调用release() 时内置计数器+1；
计数器不能小于0；当计数器为0时，acquire()将阻塞线程直到其他线程调用release()。

直接上代码，我们把semaphore控制为3，也就是说，同时有3个线程可以用这个锁，剩下的线程也之只能是阻塞等待了…

#coding:utf-8
#blog xiaorui.cc
import time
import threading

semaphore = threading.Semaphore(3)

def func():
    if semaphore.acquire():
        for i in range(3):
            time.sleep(1)
            print (threading.currentThread().getName() + '获取锁')
        semaphore.release()
        print (threading.currentThread().getName() + ' 释放锁')


for i in range(5):
  t1 = threading.Thread(target=func)
  t1.start()

4、Event(线程间通信)

Event内部包含了一个标志位，初始的时候为false。
可以使用使用set()来将其设置为true；
或者使用clear()将其从新设置为false；
可以使用is_set()来检查标志位的状态；
另一个最重要的函数就是wait(timeout=None)，用来阻塞当前线程，直到event的内部标志位被设置为true或者timeout超时。如果内部标志位为true则wait()函数理解返回。

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, signal):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.singal = signal

    def run(self):
        print "I am %s,I will sleep ..."%self.name
        self.singal.wait()
        print "I am %s, I awake..." %self.name

if __name__ == "__main__":
    singal = threading.Event()
    for t in range(0, 3):
        thread = MyThread(singal)
        thread.start()

    print "main thread sleep 3 seconds... "
    time.sleep(3)

    singal.set()

5、Condition(线程同步)

可以把Condition理解为一把高级的琐，它提供了比Lock, RLock更高级的功能，允许我们能够控制复杂的线程同步问题。threadiong.Condition在内部维护一个琐对象（默认是RLock），可以在创建Condigtion对象的时候把琐对象作为参数传入。Condition也提供了acquire, release方法，其含义与琐的acquire, release方法一致，其实它只是简单的调用内部琐对象的对应的方法而已。Condition还提供了如下方法(特别要注意：这些方法只有在占用琐(acquire)之后才能调用，否则将会报RuntimeError异常。)：

Condition.wait([timeout]):
wait方法释放内部所占用的琐，同时线程被挂起，直至接收到通知被唤醒或超时（如果提供了timeout参数的话）。当线程被唤醒并重新占有琐的时候，程序才会继续执行下去。

Condition.notify():
唤醒一个挂起的线程（如果存在挂起的线程）。注意：notify()方法不会释放所占用的琐。

Condition.notify_all()
Condition.notifyAll()
唤醒所有挂起的线程（如果存在挂起的线程）。注意：这些方法不会释放所占用的琐。

对于Condition有个例子，大家可以观摩下。

from threading import Thread, Condition
import time
import random

queue = []
MAX_NUM = 10
condition = Condition()

class ProducerThread(Thread):
    def run(self):
        nums = range(5)
        global queue
        while True:
            condition.acquire()
            if len(queue) == MAX_NUM:
                print "Queue full, producer is waiting"
                condition.wait()
                print "Space in queue, Consumer notified the producer"
            num = random.choice(nums)
            queue.append(num)
            print "Produced", num
            condition.notify()
            condition.release()
            time.sleep(random.random())


class ConsumerThread(Thread):
    def run(self):
        global queue
        while True:
            condition.acquire()
            if not queue:
                print "Nothing in queue, consumer is waiting"
                condition.wait()
                print "Producer added something to queue and notified the consumer"
            num = queue.pop(0)
            print "Consumed", num
            condition.notify()
            condition.release()
            time.sleep(random.random())


ProducerThread().start()
ConsumerThread().start()