互斥锁
1. 线程不安全举例
上一节的举例已经说明了,多线程开发可能会出现数据错误的情况
为了演示,以下有一份代码
有一个全局的计数num,每个线程获取这个全局的计数,根据num进行一些处理,然后将num加1
#coding=utf-8
import threading
import time
num = 0
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
global num
num = num+1
time.sleep(0.5) #用来模拟适当的数据处理
msg = self.name+' set num to '+str(num)
print msg
def test():
for i in range(5):
t = MyThread()
t.start()
if __name__ == '__main__':
test()
运行结果:
啊???为什么结果会这样?
问题产生的原因就是没有控制多个线程对同一资源的访问,对数据造成破坏,使得线程运行的结果不可预期。这种现象称为“线程不安全”。
2. 互斥锁
上面的例子引出了多线程编程的最常见问题:数据共享
错误
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([blocking])
#释放
mutex.release()
其中,锁定方法acquire可以有一个blocking参数。
- 如果设定blocking为True,则当前线程会堵塞,直到获取到这个锁为止(如果没有指定,那么默认为True)
- 如果设定blocking为False,则当前线程不会堵塞
使用互斥锁实现上面的例子的代码如下:
#coding=utf-8
import threading
import time
num = 0
mutex = threading.Lock()
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
global num
mutexFlag = mutex.acquire(True) #True表示堵塞
print('---线程(%s)的锁状态为%d---'%(self.name,mutexFlag))
if mutexFlag:#判断上锁是否成功
num = num+1
time.sleep(1)
msg = self.name+' set num to '+str(num)
print msg
mutex.release()
def test():
for i in range(5):
t = MyThread()
t.start()
if __name__ == '__main__':
test()
运行结果:
可以看到,加入互斥锁后,运行结果与预期相符。
#coding=utf-8
import threading
import time
num = 0
mutex = threading.Lock()
class MyThread(threading.Thread):
def run(self):
global num
mutexFlag = mutex.acquire(False) #False表示非堵塞,即不管本次调用能够成功上锁,都不会卡在这,而是继续执行下面的代码
print('---线程(%s)的锁状态为%d---'%(self.name,mutexFlag))
if mutexFlag:#判断上锁是否成功
num = num+1
time.sleep(1)
msg = self.name+' set num to '+str(num)
print msg
mutex.release()
def test():
for i in range(5):
t = MyThread()
t.start()
if __name__ == '__main__':
test()
运行结果:
3. 上锁解锁过程
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。
4. 总结
锁的好处:
- 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:
- 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
- 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