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