python多線程互斥鎖與死鎖

一、多線程間的資源競爭

以下列task1()task2()兩個函數為例,分別將對全局變量num加一重復一千萬次循環(數據大一些,太小的話執行太快,達不到驗證的效果)。

import threading
import time

num = 0


def task1(nums):
    global num
    for i in range(nums):
        num += 1

    print("task1---num=%d" % num)


def task2(nums):
    global num
    for i in range(nums):
        num += 1
    print("task2---num=%d" % num)


if __name__ == '__main__':
    nums = 10000000
    t1 = threading.Thread(target=task1, args=(nums,))
    t2 = threading.Thread(target=task2, args=(nums,))

    t1.start()
    t2.start()
    # 因為主線程不會等子線程執行完就會執行,所以這裡延遲五秒,確保最後執行。
    time.sleep(5)
    print("main----num=%d" % num)

程序運行結果:

如圖,輸出結果比較混亂,既沒有一千萬,最終結果也不是二千萬。因為多線程運行時出現瞭資源競爭,即可以理解為,每個函數運行的時間都不確定,且互相影響,
如從初始值0開始,假設t1的線程先執行,執行到+1後,此時的num=1還未存儲,然後即被叫停,t2開始執行,去獲取num,獲取到的num等於初始值0,然後其執行瞭+1並存儲,存儲後num=1,然後t2停止t1繼續,再次存儲num=1。即加瞭兩次1,但是num還是隻等於1。
因為t1和t2誰來運行的分配是完全隨機的,所以最後加瞭兩千萬次1後值是小於2000萬的。

解決此類問題,可以使用到互斥鎖 。

二、互斥鎖

  • 某個線程要更改共享數據時,先將其鎖定,此時資源的狀態為"鎖定",其他線程不能改變,隻到該線程釋放資源,將資源的狀態變成"非鎖定",其他的線程才能再次鎖定該資源。
  • 互斥鎖保證瞭每次隻有一個線程進行寫入操作,從而保證瞭多線程情況下數據的正確性。

1.互斥鎖示例

創建一把鎖:

mutex = threading.Lock()
mutex.acquire() # 上鎖
xxxx鎖定的內容xxxxx
mutex.release() # 解鎖

將互斥鎖加入到上邊的代碼中如下,則問題得到瞭解決。

import threading
import time

num = 0


def task1(nums):
    global num
    mutex.acquire()
    for i in range(nums):
        num += 1
    mutex.release()
    print("task1---num=%d" % num)


def task2(nums):
    global num
    mutex.acquire()
    for i in range(nums):
        num += 1
    mutex.release()
    print("task2---num=%d" % num)


if __name__ == '__main__':
    nums = 10000000
    mutex = threading.Lock()
    t1 = threading.Thread(target=task1, args=(nums,))
    t2 = threading.Thread(target=task2, args=(nums,))

    t1.start()
    t2.start()
    # 因為主線程不會等子線程執行完就會執行,所以這裡延遲五秒,確保最後執行。
    time.sleep(5)
    print("main----num=%d" % num)

程序運行結果:

2.可重入鎖與不可重入鎖

threading.Lock()上的是不可重入鎖,即一次隻能加一把鎖,不能加多把。

threading.Lock()

如果需要同時加多把所,則需加入不可重入鎖

創建一把可重入鎖:

mutex = threading.RLock()
mutex.acquire() # 上鎖
mutex.acquire() # 再上鎖
xxxx鎖定的內容xxxxx
mutex.release() # 解鎖
mutex.release() # 再解鎖

其中上鎖和解鎖的次數必須保持一致。

三、死鎖

在線程間共享多個資源的時候,如果兩個線程分別占有一部分資源並且同時等待對方的資源,就會程序堵塞,造成死鎖。

  • 死鎖一般用不到。
  • 程序設計要盡量避免。

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