Python多线程操作之互斥锁、递归锁、信号量、事件实例详解

脚本专栏 2024/11/8 佚名

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本文实例讲述了Python多线程操作之互斥锁、递归锁、信号量、事件。分享给大家供大家参考，具体如下：

互斥锁：

为什么要有互斥锁：由于多线程是并行的，如果某一线程取出了某一个数据将要进行操作，但它还没有那么快执行完操作，这时候如果另外一个线程也要操作这个数据，那么这个数据可能会因为两次操作而发生错误

import time,threading

x=6
def run1():
  print("run1我拿到了数据:",x)
  print("我现在还不想操作，先睡一下")
  time.sleep(3)
  print("再看一下数据，稳一稳",x)

def run2():
  global x
  print("run2我拿到了数据:", x)

  x=5
  print(x)

t1=threading.Thread(target=run1)
t2=threading.Thread(target=run2)

t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

而多线程的互斥锁机制本质上是：申请一个锁，A线程拿了钥匙【acquire】之后，如果B也想拿到钥匙是不行的，只有等A把钥匙还回来【release】才行
如何使用互斥锁：

定义一个锁对象:锁对象=threading.Lock()
请求锁：锁对象.acquire()
释放锁:锁对象.release()

使用互斥锁来更改上段代码

import time,threading

x=6
def run1():
  lock.acquire()
  global x
  print("run1我拿到了数据,x=",x)
  print("我现在还不想操作，先睡一下")
  time.sleep(3)
  print("再看一下数据，稳一稳,x=",x)
  x+=1
  print("run1操作完毕:x=",x)
  lock.release()
def run2():
  lock.acquire()
  global x
  print("run2我拿到了数据:", x)
  x+=1
  print("run2操作完毕:x=",x)
  lock.release()

lock=threading.Lock()#生成一个锁对象
t1=threading.Thread(target=run1)
t2=threading.Thread(target=run2)

t1.start()
t2.start()
start_time=time.time()
t1.join()
t2.join()
print("最终的x=",x)
print(time.time()-start_time)#3.0多说明，由于受到锁的影响，run2要等待run1释放lock，所以变成了串行

这种互斥锁在操作系统中可以称作“临界区”，如果想了解更多：

https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%B4%E7%95%8C%E5%8C%BA/8942134"image" border="0" alt="image" width="838" height="86" style="border-left-width: 0px; border-right-width: 0px; background-image: none; border-bottom-width: 0px; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 0px; display: inline; padding-right: 0px; border-top-width: 0px" src="/UploadFiles/2021-04-08/202003241003419.png">

递归锁：

为什么要有递归锁：互斥锁本质上是阻止其他线程进入，如果有两个需要阻止其他线程进入的操作【像两个人过独木桥】，那么需要两个锁，而想要锁上第二个如果直接用第一个锁的acquire会失败，因为第一个锁还没release，我们可以选择再定义一个互斥锁对象来acquire，但这仅仅是两层的情况下，如果多层的吧，那么就需要定义好几个互斥锁对象了【而且由于对象变多，有时候会因为互相调用锁而发生死锁】。递归锁就是为了处理这种情况，递归锁对象允许多次acquire和多次release
- 发生死锁的情况[A拿到A锁，想要拿B锁，B拿着B锁，想要A锁]

【以过独木桥为例】：桥只能容一个人通过，A只能看得到北边桥上有没有人，看不到南边桥有没有人，当他看到北边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到南边桥有没有人，B情况相反：【于是当两个人一起过桥的时候就会发生死锁】

import threading,time

"""
A只能看得到北边桥上有没有人，看不到南边桥有没有人，
当他看到北边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到南边桥有没有人
"""
def A():
  lockNorth.acquire()#拿到北边桥的锁
  print("A过桥北")
  time.sleep(3)#过桥中
  lockSorth.acquire()#企图过到南边桥，
  print("A过桥南")
  time.sleep(3) # 过桥中
  lockSorth.release()
  lockNorth.release()
  print("A过桥成功")

"""
B只能看得到南边桥上有没有人，看不到北边桥有没有人，
当他看到南边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到北边桥有没有人
"""
def B():
  lockSorth.acquire() # 企图过到南边桥，
  print("B过桥南")
  time.sleep(3) # 过桥中
  lockNorth.acquire() # 拿到北边桥的锁
  print("B过桥北")
  time.sleep(3) # 过桥中
  lockNorth.release()
  lockSorth.release()
  print("B过桥成功")


lockNorth=threading.Lock()
lockSorth=threading.Lock()

tA=threading.Thread(target=A)
tB=threading.Thread(target=B)
tA.start()
tB.start()

tA.join()
tB.join()

递归锁的本质是：本质上还是一个锁，但如果在一个线程里面可以多次acquire。【因为只有一个锁，所以不会发生互相调用的死锁，而因为可以多次调用，所以可以锁多次】
如何使用递归锁：

定义一个锁对象:递归锁对象=threading.RLock()
请求锁：锁对象.acquire()
释放锁:锁对象.release()

使用递归锁来解决上面的死锁问题：

import threading,time

"""
A只能看得到北边桥上有没有人，看不到南边桥有没有人，
当他看到北边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到南边桥有没有人
"""
def A():
  lock.acquire()#拿到北边桥的锁
  print("A过桥北")
  time.sleep(3)#过桥中
  lock.acquire()#企图过到南边桥，
  print("A过桥南")
  time.sleep(3) # 过桥中
  lock.release()
  lock.release()
  print("A过桥成功")

"""
B只能看得到南边桥上有没有人，看不到北边桥有没有人，
当他看到南边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到北边桥有没有人
"""
def B():
  lock.acquire() # 拿南桥锁，
  print("B过桥南")
  time.sleep(3) # 过桥中
  lock.acquire() # 企图拿北桥的锁
  print("B过桥北")
  time.sleep(3) # 过桥中
  lock.release()
  lock.release()
  print("B过桥成功")


lock=threading.RLock()

tA=threading.Thread(target=A)
tB=threading.Thread(target=B)
tA.start()
tB.start()

tA.join()
tB.join()

【由于本质是一把锁，A拿到锁后，B要等待】

信号量：

什么是信号量：

信号量可以限制进入的线程的数量。

如何使用信号量：

创建信号量对象：信号量对象=threading.BoundedSemaphore(x)，x是限制进程的数量
当有进程需要进入的时候，调用acquire()来减少信号量：信号量对象.acquire()
当有进程离开的时候，调用release()来增加信号量：信号量对象.release()

import threading,time


def run():
  s.acquire()
  print("hello")
  time.sleep(1.5)
  s.release()

s=threading.BoundedSemaphore(3)#限制3个

threading_list=[]
for i in range(12):#创建12个线程
  obj=threading.Thread(target=run)
  obj.setDaemon(True) # 设置守护线程，避免干扰主线程运行，并行等待
  obj.start()

for i in range(4):
  print("")#为了把结果分割，可以清楚看出分为了三组
  time.sleep(1.5)
#结果分为三组是因为运行的太快了，三个线程装入的时间差太小

事件：

什么是事件：当发生线程发生一件事的时候如果要提醒另外一个线程，使用事件。双方共享该事件对象【等待的一方会阻塞而进行等待】，当一方更改事件对象的时候，另外一方也能知道【以读者-写者为例：读者要等写者告诉他去读才会去读，写者写完后要设置一个事件，当该事件设置时，读者就会来读】
如何使用事件：

创建事件对象：事件对象=threading.Event()
设置事件：事件对象.set() 判断事件是否set：事件对象.is_set()，等待事件set：事件对象.wait()
清除事件：事件对象.clear()

import threading,time


def read():
  while True:
    if event.is_set():
      print("事件已设置，我要读了!!!!")
      time.sleep(1)
    else:#事件未设置
      print("还没写好，我要等咯")
      event.wait()#那么就等着咯
      #如果等到了
      print("终于等到了！那么我又可以读了")
      time.sleep(1)

def write():
  event.clear()#初始设空
  while True:
    time.sleep(3)#写
    event.set()#设置事件，一旦set,那么读者wait就有返回了，读者可以继续运行了
    print("write:写好了")
    time.sleep(2)#等人读
    event.clear()#清除事件


event=threading.Event() #创建事件对象

t1=threading.Thread(target=write)
t2=threading.Thread(target=read)

t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

"""结果显示：读者确实一直在等待写者写好"""

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希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

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