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举例讲解Python中的死锁、可重入锁和互斥锁

2020-08-01 12:17Python教程网 Python

这篇文章主要介绍了举例讲解Python中的死锁、可重入锁和互斥锁,尽管线程编程方面Python的GIL问题老生常谈...需要的朋友可以参考下

一、死锁

简单来说，死锁是一个资源被多次调用，而多次调用方都未能释放该资源就会造成死锁，这里结合例子说明下两种常见的死锁情况。

1、迭代死锁

该情况是一个线程“迭代”请求同一个资源，直接就会造成死锁：

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import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
  def run(self):
    global num
    time.sleep(1)
    if mutex.acquire(1):
      num = num+1
      msg = self.name+' set num to '+str(num)
      print msg
      mutex.acquire()
      mutex.release()
      mutex.release()
num = 0
mutex = threading.Lock()
def test():
  for i in range(5):
    t = MyThread()
    t.start()
if __name__ == '__main__':
  test()

上例中，在run函数的if判断中第一次请求资源，请求后还未 release ，再次acquire，最终无法释放，造成死锁。这里例子中通过将print下面的两行注释掉就可以正常执行了 ，除此之外也可以通过可重入锁解决，后面会提到。

2、互相调用死锁

上例中的死锁是在同一个def函数内多次调用造成的，另一种情况是两个函数中都会调用相同的资源，互相等待对方结束的情况。如果两个线程分别占有一部分资源并且同时等待对方的资源，就会造成死锁。

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import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
  def do1(self):
    global resA, resB
    if mutexA.acquire():
       msg = self.name+' got resA'
       print msg
       if mutexB.acquire(1):
         msg = self.name+' got resB'
         print msg
         mutexB.release()
       mutexA.release()
  def do2(self):
    global resA, resB
    if mutexB.acquire():
       msg = self.name+' got resB'
       print msg
       if mutexA.acquire(1):
         msg = self.name+' got resA'
         print msg
         mutexA.release()
       mutexB.release()
  def run(self):
    self.do1()
    self.do2()
resA = 0
resB = 0
mutexA = threading.Lock()
mutexB = threading.Lock()
def test():
  for i in range(5):
    t = MyThread()
    t.start()
if __name__ == '__main__':
  test()

这个死锁的示例稍微有点复杂。具体可以理下。

二、可重入锁

为了支持在同一线程中多次请求同一资源，python提供了“可重入锁”：threading.RLock。RLock内部维护着一个Lock和一个counter变量，counter记录了acquire的次数，从而使得资源可以被多次require。直到一个线程所有的acquire都被release，其他的线程才能获得资源。这里以例1为例，如果使用RLock代替Lock，则不会发生死锁：

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import threading
import time
class MyThread(threading.Thread):
  def run(self):
    global num
    time.sleep(1)
    if mutex.acquire(1):
      num = num+1
      msg = self.name+' set num to '+str(num)
      print msg
      mutex.acquire()
      mutex.release()
      mutex.release()
num = 0
mutex = threading.RLock()
def test():
  for i in range(5):
    t = MyThread()
    t.start()
if __name__ == '__main__':
  test()

和上面那个例子的不同之处在于threading.Lock()换成了threading.RLock() 。

三、互斥锁
python threading模块有两类锁：互斥锁（threading.Lock ）和可重用锁（threading.RLock）。两者的用法基本相同，具体如下：

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lock = threading.Lock()
lock.acquire()
dosomething……
lock.release()

RLock的用法是将threading.Lock()修改为threading.RLock()。便于理解，先来段代码：

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[root@361way lock]# cat lock1.py
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#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
import threading              # 导入threading模块
import time               # 导入time模块
class mythread(threading.Thread):    # 通过继承创建类
  def __init__(self,threadname):   # 初始化方法
    # 调用父类的初始化方法
    threading.Thread.__init__(self,name = threadname)
  def run(self):             # 重载run方法
    global x         # 使用global表明x为全局变量
    for i in range(3):
      x = x + 1
    time.sleep(5)     # 调用sleep函数，让线程休眠5秒
    print x
tl = []               # 定义列表
for i in range(10):
  t = mythread(str(i))        # 类实例化
  tl.append(t)           # 将类对象添加到列表中
x=0                 # 将x赋值为0
for i in tl:
  i.start()

这里执行的结果和想想的不同，结果如下：

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[root@361way lock]# python lock1.py
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30
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为什么结果都是30呢？关键在于global 行和 time.sleep行。

1、由于x是一个全局变量，所以每次循环后 x 的值都是执行后的结果值；

2、由于该代码是多线程的操作，所以在sleep 等待的时候，之前已经执行完成的线程会在这等待，而后续的进程在等待的5秒这段时间也执行完成 ，等待print。同样由于global 的原理，x被重新斌值。所以打印出的结果全是30 ；

3、便于理解，可以尝试将sleep等注释，你再看下结果，就会发现有不同。

在实际应用中，如抓取程序等，也会出现类似于sleep等待的情况。在前后调用有顺序或打印有输出的时候，就会现并发竞争，造成结果或输出紊乱。这里就引入了锁的概念，上面的代码修改下，如下：

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[root@361way lock]# cat lock2.py
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#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
import threading              # 导入threading模块
import time               # 导入time模块
class mythread(threading.Thread):          # 通过继承创建类
  def __init__(self,threadname):         # 初始化方法
    threading.Thread.__init__(self,name = threadname)
  def run(self):             # 重载run方法
    global x            # 使用global表明x为全局变量
    lock.acquire()           # 调用lock的acquire方法
    for i in range(3):
      x = x + 1
    time.sleep(5)      # 调用sleep函数，让线程休眠5秒
    print x
    lock.release()        # 调用lock的release方法
lock = threading.Lock()        # 类实例化
tl = []             # 定义列表
for i in range(10):
  t = mythread(str(i))      # 类实例化
  tl.append(t)       # 将类对象添加到列表中
x=0            # 将x赋值为0
for i in tl:
  i.start()           # 依次运行线程

执行的结果如下：

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[root@361way lock]# python lock2.py
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加锁的结果会造成阻塞，而且会造成开锁大。会根据顺序由并发的多线程按顺序输出，如果后面的线程执行过快，需要等待前面的进程结束后其才能结束 －－－ 写的貌似有点像队列的概念了 ，不过在加锁的很多场景下确实可以通过队列去解决。

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