第十五章、Python多線程同步鎖，死鎖和遞歸鎖

1. 引子：

          
            1.創(chuàng)建線程對(duì)象
t1 = threading.Thread(target=say,args=('tony',))
2.啟動(dòng)線程
t1.start()
后面又說了兩個(gè)點(diǎn)就是join和守護(hù)線程的概念
          
        

? 以上就是python多線程的基本使用

? 說明：前面說的兩個(gè)功能是相互獨(dú)立的，相互不干涉的，不會(huì)用到同享的資源或者數(shù)據(jù)，如果我們多個(gè)線程要用到相同的數(shù)據(jù)，那么就會(huì)存在資源爭(zhēng)用和鎖的問題，不管在什么語(yǔ)言中，這個(gè)都是不能避免的。 那么接下來講講同步鎖，死鎖和遞歸鎖的使用

2.同步鎖

? 鎖通常被用來實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的同步訪問。為每一個(gè)共享資源創(chuàng)建一個(gè)Lock對(duì)象，當(dāng)你需要訪問該資源時(shí)，調(diào)用acquire方法來獲取鎖對(duì)象（如果其它線程已經(jīng)獲得了該鎖，則當(dāng)前線程需等待其被釋放），待資源訪問完后，再調(diào)用release方法釋放鎖。

? 適用同步鎖的例子如下：

          
            import threading
import time

num = 100

def fun_sub():
    global num
    # num -= 1
    num2 = num
    time.sleep(0.001)
    num = num2-1

if __name__ == '__main__':
    print('開始測(cè)試同步鎖 at %s' % time.ctime())

    thread_list = []
    for thread in range(100):
        t = threading.Thread(target=fun_sub)
        t.start()
        thread_list.append(t)

    for t in thread_list:
        t.join()
    print('num is %d' % num)
    print('結(jié)束測(cè)試同步鎖 at %s' % time.ctime())
-----------------------------------------------------
開始測(cè)試同步鎖 at Sun Apr 28 09:56:45 2019
num is 91
結(jié)束測(cè)試同步鎖 at Sun Apr 28 09:56:45 2019
          
        

這樣的例子描述 ：創(chuàng)建100的線程，然后每個(gè)線程去從公共資源num變量去執(zhí)行減1操作，按照正常情況下面，等到代碼執(zhí)行結(jié)束，打印num變量，應(yīng)該得到的是0，因?yàn)?00個(gè)線程都去執(zhí)行了一次減1的操作。

這樣的問題是 ：發(fā)現(xiàn)結(jié)果不是0而是91

讓我們整理一下代碼思路 ：

1.因?yàn)镚IL，只有一個(gè)線程（假設(shè)線程1）拿到了num這個(gè)資源，然后把變量賦值給num2,sleep 0.001秒，這時(shí)候num=100
2.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程sleep 0.001秒這個(gè)期間，這個(gè)線程會(huì)做yield操作，就是把cpu切換給別的線程執(zhí)行（假設(shè)線程2拿到個(gè)GIL，獲得cpu使用權(quán)），線程2也和線程1一樣也拿到num,返回賦值給num2，然后sleep,這時(shí)候，其實(shí)num還是=100.
3.線程2 sleep時(shí)候，又要yield操作，假設(shè)線程3拿到num,執(zhí)行上面的操作，其實(shí)num有可能還是100
4.等到后面cpu重新切換給線程1，線程2，線程3上執(zhí)行的時(shí)候，他們執(zhí)行減1操作后，其實(shí)等到的num其實(shí)都是99，而不是順序遞減的。
5.其他剩余的線程操作如上

解決方案 ：這里就要借助于python的同步鎖了，也就是同一時(shí)間只能放一個(gè)線程來操作num變量，減1之后，后面的線程操作來操作num變量。看看下面我們?cè)趺磳?shí)現(xiàn)。

          
            import threading
import time

num = 100

def fun_sub():
    global num
    lock.acquire()
    print('----加鎖----')
    print('現(xiàn)在操作共享資源的線程名字是:',t.name)
    num2 = num
    time.sleep(0.001)
    num = num2-1
    lock.release()
    print('----釋放鎖----')

if __name__ == '__main__':
    print('開始測(cè)試同步鎖 at %s' % time.ctime())

    lock = threading.Lock() #創(chuàng)建一把同步鎖

    thread_list = []
    for thread in range(100):
        t = threading.Thread(target=fun_sub)
        t.start()
        thread_list.append(t)

    for t in thread_list:
        t.join()
    print('num is %d' % num)
    print('結(jié)束測(cè)試同步鎖 at %s' % time.ctime())
 ------------------------------------------------
 .......
----加鎖----
現(xiàn)在操作共享資源的線程名字是: Thread-98
----釋放鎖----
----加鎖----
現(xiàn)在操作共享資源的線程名字是: Thread-100
----釋放鎖----
num is 0
結(jié)束測(cè)試同步鎖 at Sun Apr 28 12:08:27 2019
          
        

思路 ：看到上面我們給中間的減1代碼塊，加個(gè)一把同步鎖，這樣，我們就可以得到我們想要的結(jié)果了，這就是同步鎖的作用，一次只有一個(gè)線程操作同享資源。

3.死鎖

引子：

? 死鎖的這個(gè)概念在很多地方都存在，比較在數(shù)據(jù)中，大概介紹下死鎖是怎么產(chǎn)生的

          
            # 線程1拿到了(鎖頭2)想要往下執(zhí)行需要(鎖頭1),
# 線程2拿到了(鎖頭1)想要往下執(zhí)行需要(鎖頭2)
# 互相都拿到了彼此想要往下執(zhí)行的必需條件,互相都不放手里的鎖頭.
# 產(chǎn)生了死鎖問題
          
        

產(chǎn)生原因： python中在線程間共享多個(gè)資源的時(shí)候，如果兩個(gè)線程分別占有一部分資源并且同時(shí)等待對(duì)方的資源，就會(huì)造成死鎖，因?yàn)橄到y(tǒng)判斷這部分資源都正在使用，所有這兩個(gè)線程在無外力作用下將一直等待下去。

          
            from threading import Thread,Lock
mutex1 = Lock()
mutex2 = Lock()
import time
class MyThreada(Thread):
    def run(self):
        self.task1()
        self.task2()
    def task1(self):
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖1 ')
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖2 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖2 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖1 ')

    def task2(self):
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖2 ')
        time.sleep(1)
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖1 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖1 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖2 ')

for i in range(3):
    t = MyThreada()
    t.start()
          
        

那么，為了解決這個(gè)死鎖問題，就引入了遞歸鎖方案

4.遞歸鎖RLock

原理：

? 為了支持在同一線程中多次請(qǐng)求同一資源，python提供了"遞歸鎖"：threading.RLock。RLock內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)Lock和一個(gè)counter變量，counter記錄了acquire的次數(shù)，從而使得資源可以被多次acquire。直到一個(gè)線程所有的acquire都被release，其他的線程才能獲得資源

不多說，放代碼

          
            from threading import Thread,Lock,RLock
# mutex1 = Lock()
# mutex2 = Lock()
mutex1 = RLock()
mutex2 = mutex1

import time
class MyThreada(Thread):
    def run(self):
        self.task1()
        self.task2()
    def task1(self):
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖1 ')
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖2 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖2 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖1 ')

    def task2(self):
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖2 ')
        time.sleep(1)
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 搶到了 鎖1 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖1 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 釋放了 鎖2 ')


for i in range(3):
    t = MyThreada()
    t.start()
          
        

總結(jié)：

? 上面我們用一把遞歸鎖，就解決了多個(gè)同步鎖導(dǎo)致的死鎖問題。大家可以把RLock理解為大鎖中還有小鎖，只有等到內(nèi)部所有的小鎖，都沒有了，其他的線程才能進(jìn)入這個(gè)公共資源。

5. 大總結(jié)

? 還有一點(diǎn)，并不是所有的多線程都存在數(shù)據(jù)不同步、死鎖的問題，但在訪問共享資源的時(shí)候，鎖是一定要存在了， 所以我們?cè)诖a里面加鎖的時(shí)候，要注意在什么地方加，對(duì)性能的影響最小，這個(gè)就靠對(duì)邏輯的理解了。