7. 初步认识线程同步

news2024/9/23 17:22:08

前言:一旦接触到多线程编程,那么线程之间的同步就显得非常重要了。c++/c#/java等高级语言都有自己的线程库,当然也提供了线程同步的API接口。打个比方,在C++/QT中,线程的同步有以下几种方式:互斥锁、信号量、条件变量、读写锁等。基于不同语言的库所提供的线程同步的接口大同小异。总体来说,只要掌握了线程同步的基本思想,那么在每种语言中都可以使用的起来,不同的只是接口上的差异(例如命名、参数、返回值等等)

1. python中的线程同步

如果多个线程共同对某个数据修改,则可能出现不可预料的结果,为了保证数据的正确性,需要对多个线程进行同步。使用 Thread 对象的 Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步,这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法,对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据,可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。

# 我们来看这样一个demo, 假如我们有100张火车票需要出售, 有2个窗口同时出售(相当于2个线程),
# 无论如何, 两个窗口都不可能出售票号相同的一张票.

import threading

g_tickets = 100


def fun1():
    while True:
        global g_tickets
        if g_tickets > 0:
            print('thread_1 sell ticket: ', g_tickets)
            g_tickets -= 1


def fun2():
    while True:
        global g_tickets
        if g_tickets > 0:
            print('thread_2 sell ticket:', g_tickets)
            g_tickets -= 1


t1 = threading.Thread(target=fun1, args=())
t2 = threading.Thread(target=fun2, args=())

t1.start()
t2.start()

t1.join()
t2.join()

在这里插入图片描述
通过程序运行结果发现, 票号为96的这张票被2个线程分别出售了一次,如果是在真实的火车售票系统中出现这种问题,那麻烦就大了。
那为啥会有这种问题出现?
  分析:这是由于在多CPU的平台下,线程1和线程2在被创建后可以并发运行,全局变量g_tickets被卖到96号票的时候,此时线程1正在售卖,然后线程1还没来得及对g_tickets进行自减就切换到线程2了,很明显,此时线程2也对96号票进行了售卖于是造成了2个线程分别对96号票进行了售卖的这样情况上述问题出现的主要原因是两个线程同时访问了同一个全局变量:g_tickets为了避免这种问题的发生,就要求在多个 线程之间进行一个同步处理,保证在一个线程访问共享资源时,其他线程不能访问该共享资源。对于本例来说,就是当一个线程在销售火车票的时候,其他线程在该段时间内不能访问同一种资源,本例就是全局变量g_tickets,必须等到前者完成火车票的售卖过程之后,其他线程才能访问该资源。这与我们上厕所一样,假如3个人共用一个厕所,其中有一个人在使用时,其他人必须依次排队等候,这样就不会造成冲突了,否则非打起来不可。


程序改进:有了以上的分析之后,我们知道为了避免此种情况发生,必须进行线程同步。
为此我们引入 threading.Lock()函数,通过该lock()函数可以获取锁。
然后通过acquire()进行上锁,通过release()来释放锁。
将需要保护的代码放到acquire()...release()之间,就可以实现线程同步的效果

import threading

g_tickets = 100


def fun1():
    while True:
        lock.acquire()	# 加锁
        global g_tickets
        if g_tickets > 0:
            print('thread_1 sell ticket: ', g_tickets)
            g_tickets -= 1
        lock.release() # 释放锁


def fun2():
    while True:
        lock.acquire() # 加锁
        global g_tickets
        if g_tickets > 0:
            print('thread_2 sell ticket: ', g_tickets)
            g_tickets -= 1
        lock.release() # 释放锁


lock = threading.Lock() #获取锁

t1 = threading.Thread(target=fun1, args=())
t2 = threading.Thread(target=fun2, args=())

t1.start()
t2.start()

t1.join()
t2.join()

在这里插入图片描述
此时,我们再来对96号票分析一下
假如此时线程1正在贩卖96号票,那么很明显,此时线程1对这个锁进行了上锁操作,并且正在执行售卖过程,但是还未自减;此时突然线程调度,切换到了线程2,线程2也想进行上锁操作,要想进行上锁操作,那必须先拿取到锁才行,但是很明显,此时的锁被线程1给上锁了(占有了),还没有被线程1所释放,那么线程2只能苦苦的等待拿锁,阻塞在lock.acquire()处等待线程1对锁进行释放,然后它可能有机会拿取到锁(不一定拿取到),然后进行上锁操作,进行售卖过程。这样一来,共享资源g_tickets就在线程1 和线程2之间实现了同步,也就是同一时间只能有一个线程操作它。这样就不会出现之前的问题了。

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