Python并发编程之线程（同步、互斥锁）

雨点打透心脏的1/2处 2022-11-27 09:00 311阅读 0赞

前言：本博文是对Python并发编程之线程的知识延伸，主要讲解：同步、互斥锁。

### 文章目录 ###

*   *  一、同步的概念
     *  二、解决线程同时修改全局变量的方式
     *  三、互斥锁的概念
     *  四、使用互斥锁完成2个线程对同一个全局变量各加100万次的操作
     *  五、上锁解锁过程分析

## 一、同步的概念 ##

**同步就是协同步调，按预定的先后次序进行运行。** 如：你说完，我再说。

"同"字从字面上容易理解为一起动作；其实不是，"同"字应是指协同、协助、互相配合。

如进程、线程同步，可理解为进程或线程A和B一块配合，A执行到一定程度时要依靠B的某个结果，于是停下来，示意B运行；B执行，再将结果给A；A再继续操作。

## 二、解决线程同时修改全局变量的方式 ##

对于多线程共享全局变量的问题，可以通过线程同步来进行解决。思路如下：

1.  系统调用t1，然后获取到g\_num的值为0，此时上一把锁，即不允许其他线程操作g\_num。
2.  t1对g\_num的值进行+1。
3.  t1解锁，此时g\_num的值为1，其他的线程就可以使用g\_num了，而且是g\_num的值不是0而是1。
4.  同理其他线程在对g\_num进行修改时，都要先上锁，处理完后再解锁，在上锁的整个过程中不允许其他线程访问，就保证了数据的正确性。

## 三、互斥锁的概念 ##

当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候，需要进行同步控制。

线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源，最简单的同步机制是引入互斥锁。

互斥锁为资源引入一个状态：锁定/非锁定

某个线程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源的状态为“锁定”，其他线程不能更改；直到该线程释放资源，将资源的状态变成“非锁定”，其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作，从而保证了多线程情况下数据的正确性。

`threading`模块中定义了`Lock`类，可以方便的处理锁定：

# 创建锁
    mutex = threading.Lock()
    
    # 锁定
    mutex.acquire()
    
    # 释放
    mutex.release()

**注意：**

*  如果这个锁之前是没有上锁的，那么acquire不会堵塞。
 *  如果在调用acquire对这个锁上锁之前 它已经被其他线程上了锁，那么此时acquire会堵塞，直到这个锁被解锁为止。

## 四、使用互斥锁完成2个线程对同一个全局变量各加100万次的操作 ##

import threading
    import time
    
    g_num = 0
    
    
    def test1(num):
        global g_num
        for i in range(num):
            mutex.acquire()  # 上锁
            g_num += 1
            mutex.release()  # 解锁
    
        print("---test1---g_num=%d" % g_num)
    
    
    def test2(num):
        global g_num
        for i in range(num):
            mutex.acquire()  # 上锁
            g_num += 1
            mutex.release()  # 解锁
    
        print("---test2---g_num=%d" % g_num)
    
    
    # 创建一个互斥锁
    # 默认是未上锁的状态
    mutex = threading.Lock()
    
    # 创建2个线程，让他们各自对g_num加1000000次
    p1 = threading.Thread(target=test1, args=(1000000,))
    p1.start()
    
    p2 = threading.Thread(target=test2, args=(1000000,))
    p2.start()
    
    # 等待计算完成
    while len(threading.enumerate()) != 1:
        time.sleep(1)
    
    print("2个线程对同一个全局变量操作之后的最终结果是:%s" % g_num)

![在这里插入图片描述][20200814193800649.png_pic_left]  
可以看到最后的结果，加入互斥锁后，其结果与预期相符。

## 五、上锁解锁过程分析 ##

当一个线程调用锁的`acquire()`方法获得锁时，锁就进入“locked”状态。

每次只有一个线程可以获得锁。如果此时另一个线程试图获得这个锁，该线程就会变为“blocked”状态，称为“阻塞”，直到拥有锁的线程调用锁的`release()`方法释放锁之后，锁进入“unlocked”状态。

线程调度程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁，并使得该线程进入运行（running）状态。

**总结：**

*  锁的好处：
    
    1.  可以保证多个进程修改同一块数据时，同一时间只能有一个任务可以进行修改，即串行的修改。
    2.  确保了某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地执行。
 *  锁的坏处：
    
    1.  阻止了多线程并发执行，包含锁的某段代码实际上只能以单线程模式执行，效率就大大地下降了。
    2.  由于可以存在多个锁，不同的线程持有不同的锁，并试图获取对方持有的锁时，可能会造成死锁。

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