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浅谈Python线程的同步互斥与死锁

时间:2020-03-23 10:24:55  来源:优讯网  作者:小卡司  浏览次数:
这篇文章主要介绍了浅谈Python线程的同步互斥与死锁,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
 

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

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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:

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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

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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:

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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。

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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())

到此这篇关于浅谈Python线程的同步互斥与死锁的文章就介绍到这了

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原文链接:https://www.jb51.net/article/183236.htm


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