浅谈Python线程的同步互斥与死锁
作者:TeenJeen
线程间通信方法
1. 通信方法
线程间使用全局变量进行通信
2. 共享资源争夺
共享资源:多个进程或者线程都可以操作的资源称为共享资源。对共享资源的操作代码段称为临界区。
影响 : 对共享资源的无序操作可能会带来数据的混乱,或者操作错误。此时往往需要同步互斥机制协调操作顺序。
3. 同步互斥机制
同步 : 同步是一种协作关系,为完成操作,多进程或者线程间形成一种协调,按照必要的步骤有序执行操作。两个或两个以上的进程或线程在运行过程中协同步调,按预定的先后次序运行。比如 A 任务的运行依赖于 B 任务产生的数据。
互斥 : 互斥是一种制约关系,当一个进程或者线程占有资源时会进行加锁处理,此时其他进程线程就无法操作该资源,直到解锁后才能操作。一个公共资源同一时刻只能被一个进程或线程使用,多个进程或线程不能同时使用公共资源
线程同步互斥方法
线程Event同步
from threading import Event e = Event() 创建线程event对象 e.wait([timeout]) 阻塞等待e被set e.set() 设置e,使wait结束阻塞 e.clear() 使e回到未被设置状态 e.is_set() 查看当前e是否被设置
示例:
import time import threading event = threading.Event() # 红绿灯 def lighter(): count = 0 event.set() # 刚进来的时候是绿灯 while True: if 4 < count < 10: event.clear() # 清除设置,阻塞等待 print("[信号灯]:红,不能通行", count) elif count >= 10: # 添加设置,继续执行 event.set() count = 0 else: event.set() # 添加设置,继续执行 print("[信号灯]:绿灯,可以通行", count) time.sleep(1) count += 1 # 汽车 def car(name): while True: if event.is_set(): print("{0}: 绿灯 , 走起...".format(name)) time.sleep(1) else: print("{0}: 红灯 , 停车...".format(name)) event.wait() print("{0}: 绿灯亮了 , 继续前进...".format(name)) light = threading.Thread(target=lighter, ) light.start() car1 = threading.Thread(target=car, args=("小跑",)) car1.start()
线程锁 Lock
from threading import Lock lock = Lock() #创建锁对象 lock.acquire() #上锁 如果lock已经上锁再调用会阻塞 lock.release() #解锁
with lock: 上锁
with代码块结束自动解锁
示例:
from threading import Thread, Lock from time import sleep a = b = 0 lock = Lock() # 子线程输出a b def value(): while True: lock.acquire() # 上锁 if a != b: print("a = %d,b = %d" % (a, b)) lock.release() # 解锁 t = Thread(target=value) t.start() # 主线程加锁更改a b时候,子线程处理a b 时也要进行加锁,重复加锁就会阻塞等待主线程处理结束 # 同理主进程再次更改a b 时等 子进程结束才可以 while True: with lock: # 自动上/解锁 a += 1 b += 1 t.join
死锁及其处理
1. 定义
死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。
2. 死锁产生条件
【互斥条件】:指线程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放。
【请求和保持条件】:指线程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求线程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
【不剥夺条件】:指线程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放,通常CPU内存资源是可以被系统强行调配剥夺的。
【环路等待条件】:指在发生死锁时,必然存在一个线程——资源的环形链,即进程集合{T0,T1,T2,···,Tn}中的T0正在等待一个T1占用的资源;T1正在等待T2占用的资源,……,Tn正在等待已被T0占用的资源。
简单来说造成死锁的原因可以概括成三句话:
【1】当前线程拥有其他线程需要的资源
【2】当前线程等待其他线程已拥有的资源
【3】都不放弃自己拥有的资源
T1拥有R1,T2拥有R2。T1请求使用R2,T2请求使用R1,但是T1,T2 都不愿释放R1,R2,互相一直等待下去,造成死锁
3. 如何避免死锁
死锁是我们非常不愿意看到的一种现象,我们要尽可能避免死锁的情况发生。通过设置某些限制条件,去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个,来预防发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法。但是由于所施加的限制条件往往太严格,可能会导致系统资源利用率。
from threading import Lock, Thread # 交易类 class Account: def __init__(self, _id, balance, lock): self.id = _id self.balance = balance self.lock = lock # 各自账户锁 # 取钱 def withdraw(self, amount): self.balance -= amount # 存钱 def deposit(self, amount): self.balance += amount # 查看账户 def get_balance(self): return self.balance # 转账 def transfer(from_, to, amount): if from_.lock.acquire(): # 锁住自己的账户 from_.withdraw(amount) # 自己账户减少 if to.lock.acquire(): # 锁住对方账户 to.deposit(amount) # 对方账户增加 to.lock.release() # 解锁对方账户 from_.lock.release() # 自己账户解锁 print("转账完成") Abby = Account("Abby", 5000, Lock()) Balen = Account("Balen", 3000, Lock()) t = Thread(target=transfer, args=(Abby, Balen, 1000)) t2 = Thread(target=transfer, args=(Balen, Abby, 500)) t.start() t2.start() t.join() t2.join() print("Abby:", Abby.get_balance()) print("Balen:", Balen.get_balance())
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