本文详细介绍了Python threading模块中因时间调整导致线程等待行为异常的问题，通过分析关键代码，解释了问题原因并提供了解决方案。方案包括使用开机时间替代实时时间以确保等待操作的准确性。同时，文章还提供了不同操作系统环境下实现解决方案的代码示例，包括Linux和Windows系统。最后，文章强调了该问题的重要性及其潜在影响，特别是对于服务器端应用而言，可能引发的灾难性后果。
Python的threading模块有一个比较严重的bug：那就是可能会让线程的等待提前结束或者延迟，具体的原因是因为线程的wait操作判断超时时依赖于实时时间，即通过time.time()获取到的时候，为了显示这个问题，请看下面的例子：
[python] view plaincopy
from threading import Thread
from threading import Event
import time
e = Event()
stop = False
class MyThread(Thread):
def __init__(self):
super(MyThread,self).__init__()
def run(self):
counter = 0
while not stop:
time.sleep(1.0)
counter += 1
print counter
if counter >= 60:
break
t = MyThread()
t.start()
e.wait(60)
stop = True
print 'done!'
这段代码创建一个计时的线程，每1秒打印一次计数，线程总共等待60秒，然后结束。为了更好的说明问题，代码并没有用Thread.join来等待，而是用Event.wait来等待，
（其实通过下面的代码分析，可以知道，Event.wait和Thread.join的等待都是调用的Condition.wait，所以情况是一样的）
按照正常情况，一段程序会打印60次计数，然后结束。
现在，把系统的时候调前60秒或者调后60秒，你会发现一个很有意思的情况：
1、当系统调前60秒时，计时打印输出会立即停止，等待会立即结束，并输出done!
2、当系统的时间被调后60秒时，计时打印输出也会立即停止，过60秒后才恢复打印，总共要等待120秒程序才会结束。
然后你可以想到，当系统的时候改变被调后超过一小时，二小时时，甚至一天，二天时，就会发生死锁的情况（其实这里的死锁也不太准确，
系统在等待超过改变的时间后还是会返回的，但是这种长时间的等待几乎可以认可为死锁了）
好，说明了问题，接下来就要来说说这个问题有多严重了。也许有人会说这个问题出现的概率几乎为零，现在的机器的时间一般都是很准的，不会出现大的时间调整。
但是凡事都有例外，例如你的机器的给rtc供电的钮扣电池没电了，这时候会在改变时间的时候出现比较大的时间变化，
再如有些设备上根本就没有rtc，在开机的时候通过NTP服务器来获取时间等等 ，但是这两种情况都是属于把时间调前的情况，只会让等待提前结束，这种情况的影响相对来说比较小。
那么什么情况下会产生时间被调后的情况呢，还是可能出在NTP服务器上，现在有些NTP服务器并不是非常的准确和权威的，像非常流行的免费的NTP服务器pool.ntp.org更是依赖于个人共享ip资源，一旦个人共享的电脑时间出现问题，就有可能出现时间不正确的情况。时间被调前和调后都有可能。
如果问题出现在终端设备可能影响会小些，但是如果代码是运行在服务端的，那就可能会是灾难性的，有可能会直接造成服务器的宕机。
关键这个问题很隐密，很难重现，所以，如果不知道问题之所在，查起来比较麻烦。
当然，这个问题还是被我给解决掉了，要不然也不会有这篇文章的产生。
好，说了这么一大堆废话，接下来我们来看下具体的原因：
找到threading.py，我把关键的代码帖出来：
[python] view plaincopy
from time import time as _time, sleep as _sleep
[python] view plaincopy
class _Condition(_Verbose):
...
def wait(self, timeout=None):
if not self._is_owned():
raise RuntimeError("cannot wait on un-acquired lock")
waiter = _allocate_lock()
waiter.acquire()
self.__waiters.append(waiter)
saved_state = self._release_save()
try: # restore state no matter what (e.g., KeyboardInterrupt)
if timeout is None:
waiter.acquire()
if __debug__:
self._note("%s.wait(): got it", self)
else:
# Balancing act: We can't afford a pure busy loop, so we
# have to sleep; but if we sleep the whole timeout time,
# we'll be unresponsive. The scheme here sleeps very
# little at first, longer as time goes on, but never longer
# than 20 times per second (or the timeout time remaining).
endtime = _time() + timeout
delay = 0.0005 # 500 us -> initial delay of 1 ms
while True:
gotit = waiter.acquire(0)
if gotit:
break
remaining = endtime - _time()
if remaining <= 0:
break
delay = min(delay * 2, remaining, .05)
_sleep(delay)
if not gotit:
if __debug__:
self._note("%s.wait(%s): timed out", self, timeout)
try:
self.__waiters.remove(waiter)
except ValueError:
pass
else:
if __debug__:
self._note("%s.wait(%s): got it", self, timeout)
finally:
self._acquire_restore(saved_state)
def Condition(*args, **kwargs):
return _Condition(*args, **kwargs)
class _Event(_Verbose):
def __init__(self, verbose=None):
_Verbose.__init__(self, verbose)
self.__cond = Condition(Lock())
def Event(*args, **kwargs):
return _Event(*args, **kwargs)
问题就出在_Condition.wait上，
这个方法首先计算等待的结束时间，
endtime = _time() + timeout
然后不断的判断时间有没有到，如果没到，就等上delay*2的时间，每次等待最多0.05秒：
while True:
gotit = waiter.acquire(0)
if gotit:
break
remaining = endtime - _time()
if remaining <= 0:
break
delay = min(delay * 2, remaining, .05)
_sleep(delay)
这里，如果在等待时时间发生了改变，就会出现等待提前结束或者延迟结束的问题。
另外，Thread.join里的等待也是调用的_Condition.wait,所以也会有这个问题，具体的看下面的代码：
[python] view plaincopy
class Thread(_Verbose):
self.__block = Condition(Lock())
def join(self, timeout=None):
...
self.__block.acquire()
try:
if timeout is None:
while not self.__stopped:
self.__block.wait()
if __debug__:
self._note("%s.join(): thread stopped", self)
else:
deadline = _time() + timeout
while not self.__stopped:
delay = deadline - _time()
if delay <= 0:
if __debug__:
self._note("%s.join(): timed out", self)
break
self.__block.wait(delay)
else:
if __debug__:
self._note("%s.join(): thread stopped", self)
finally:
self.__block.release()
好，知道了问题，接下来看下怎么去解决：
这里也没有什么好卖关子的，解决的方法很简单，就是用开机时间来替代实时时间。
在linux下面，通过clock_gettime来获取开机时间，
在windows下面，通过GetTickCount来获取开机时间，代码如下：
startup_linux.pyx
[python] view plaincopy
cdef extern from "time.h":
enum:
CLOCK_MONOTONIC
struct timespec:
int tv_sec
long tv_nsec
cdef int clock_gettime(int type,timespec* ts)
def getboottime():
cdef timespec ts
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&ts)
return <double>ts.tv_sec + ts.tv_nsec/1000000000.0
startup_win32.pyx:
[python] view plaincopy
cdef extern from "Windows.h":
int GetTickCount()
def getboottime():
return GetTickCount()/1000.0
由于代码是用cython来写的，所以要用cython来编译下：
Setup.py
[python] view plaincopy
from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Build import cythonize
import os
if os.name == 'nt':
print 'build startup_win32'
sources = ["startup_win32.pyx"]
setup(
name = 'startup_win32',
ext_modules=cythonize([
Extension("startup_win32", sources),
]),
)
else:
sources = ["startup_linux.pyx"]
setup(
name = 'startup',
ext_modules=cythonize([
Extension("startup_linux", sources,
libraries = ['rt']
),
]),
)
接下来，看下怎么使用：
替换threading.py开始的如下代码：
from time import time as _time, sleep as _sleep
为：
[python] view plaincopy
from time import sleep as _sleep
import os
if os.name == 'nt':
from startup_win32 import getboottime as _time
else:
from startup_linux import getboottime as _time
其它的代码都不用改。
当然，不只是threading这个模块有这个问题，系统的Queue模块也同样也有这个问题，解决方法和threading模块一样。
转载于:https://blog.51cto.com/i2cbus/1534933
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