一、同步概念
同步就是协同步调,按预定的先后次序进行运行。如:你说完,我再说。
"同"字从字面上容易理解为一起动作。
其实不是,在这里,"同"字应是指协同、协助、互相配合。
线程同步,可理解为线程A和B一块配合,A执行到一定程度时要依靠B的某个结果,于是停下来,示意B运行;B执行,再将结果给A;A再继续操作。
之前我们遇到过,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。
解决线程同时修改全局变量的方式
我们先把上次那个问题再看下。
import
运行结果:
---线程创建之前g_num is 0---
对于这个计算错误的问题,可以通过线程同步来进行解决。
思路,如下:
系统调用 t1,然后获取到 g_num 的值为0,此时上一把锁,即不允许其他线程操作 g_num。t1 对 g_num 的值进行+1。t1 解锁,此时 g_num 的值为1,其他的线程就可以使用 g_num 了,而且 g_num 的值不是0而是1。同理其他线程在对 g_num 进行修改时,都要先上锁,处理完后再解锁,在上锁的整个过程中不允许其他线程访问,就保证了数据的正确性。
思路基本是这个样子,那代码怎么来实现呢?
二、互斥锁解决资源竞争的问题
当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候,需要进行同步控制。
线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源,最简单的同步机制就是引入互斥锁。
互斥锁为资源引入一个状态:锁定/非锁定。
某个线程要更改共享数据时,先将其锁定,此时资源的状态为“锁定”,其他线程不能更改;直到该线程释放资源,将资源的状态变成“非锁定”,其他的线程才能再次锁定该资源。
互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作,从而保证了多线程情况下数据的正确性。
threading 模块中定义了 Lock 类,可以方便的处理锁定:
# 创建锁
注意:
如果这个锁之前是没有上锁的,那么 acquire 不会堵塞。
如果在调用 acquire 对这个锁上锁之前,它已经被其他线程上了锁,那么此时 acquire 会堵塞,直到这个锁被解锁为止。
示例:
使用互斥锁完成2个线程对同一个全局变量各加100万次的操作。
import
运行结果:
---test1---g_num
可以看到最后的结果,加入互斥锁后,其结果与预期相符。
记住,上锁的代码范围要越小越好。在业务逻辑正确的前提下,能锁一行代码,就不要锁两行。
上锁解锁过程
当一个线程调用锁的 acquire() 方法获得锁时,锁就进入“locked”状态。
每次只有一个线程可以获得锁。
如果此时另一个线程试图获得这个锁,该线程就会变为“blocked”状态,称为“阻塞”,直到拥有锁的线程调用锁的 release() 方法释放锁之后,锁进入“unlocked”状态。
线程调度程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁,并使得该线程进入运行(running)状态。
总结
锁的好处:
确保了某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地执行。
锁的坏处:
阻止了多线程并发执行,包含锁的某段代码实际上只能以单线程模式执行,效率就大大地下降了。
由于可以存在多个锁,不同的线程持有不同的锁,并试图获取对方持有的锁时,可能会造成死锁。