1. 什么是线程锁
在多线程并发编程中,为了保证代码或数据的正确性,需要对多个线程进行同步控制。线程锁就是一种同步机制,用于控制多个线程对共享资源的访问,确保同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。
线程锁主要有以下几种:
互斥锁(Lock)
递归锁(RLock)
信号量(Semaphore)
条件变量(Condition)
事件(Event)
2. 互斥锁(Lock)
互斥锁又称为互斥量或互斥信号量,在同一时刻只能有一个线程访问共享资源,其他线程必须等待直到该线程释放锁,才能继续执行。
2.1. 使用互斥锁
import threading
lock = threading.Lock()
def func():
lock.acquire()
# do something
lock.release()
上面的程序使用了互斥锁,通过acquire()来获得锁,表示当前线程占用了锁的控制权,然后执行多个线程共享的代码块,最后通过release()来释放锁,表示当前线程将锁的控制权交给其他线程。
2.2. 锁的上下文管理器
互斥锁还可以使用上下文管理器简单地使用,不需要手动调用acquire()和release()方法。
import threading
lock = threading.Lock()
def func():
with lock:
# do something
3. 递归锁(RLock)
递归锁与互斥锁的作用类似,但是允许同一线程多次获得锁,可以有效地避免线程死锁问题。
3.1. 使用递归锁
import threading
lock = threading.RLock()
def foo():
with lock:
print('foo')
def bar():
with lock:
foo()
bar()
上面的代码中,线程先调用了函数bar,获得了递归锁lock,然后又调用了函数foo,因为foo中也需要访问锁,所以线程再次获得了锁。线程在执行完毕后依次释放锁。
4. 信号量(Semaphore)
信号量是一种计数器,用来控制能够访问某一共享资源的线程数量,通过规定同一时刻只能有一定数量的线程访问共享资源来保障线程同步。
4.1. 使用信号量
import threading
semaphore = threading.Semaphore(2)
def func():
with semaphore:
# do something
在上述代码中,我们定义了一个信号量semaphore,值为2,也就是同一时间内只能有两个线程同时访问共享资源,当第三个线程访问共享资源时就会被挂起等待,直到有其他线程释放了信号量。
5. 条件变量(Condition)
条件变量用于线程间的协调工作,通过wait()、notify()和notify_all()来控制线程的执行顺序。
5.1. 使用条件变量
import threading
condition = threading.Condition()
products = []
def producer():
with condition:
# 生产产品
products.append('product')
condition.notify()
def consumer():
with condition:
while not products:
condition.wait()
# 消费产品
products.pop()
producer_thread = threading.Thread(target=producer)
consumer_thread = threading.Thread(target=consumer)
producer_thread.start()
consumer_thread.start()
producer_thread.join()
consumer_thread.join()
上述代码中,我们使用了条件变量控制生产者和消费者的执行顺序。当生产者生产了产品后,通过notify()方法通知等待的消费者线程可以继续执行。消费者线程通过wait()方法等待唤醒通知。
6. 事件(Event)
事件是一种用于线程间通信的同步机制,通过set()和clear()方法来控制线程的执行。
6.1. 使用事件
import threading
event = threading.Event()
products = []
def producer():
# 生产产品
products.append('product')
event.set()
def consumer():
event.wait()
# 消费产品
products.pop()
producer_thread = threading.Thread(target=producer)
consumer_thread = threading.Thread(target=consumer)
producer_thread.start()
consumer_thread.start()
producer_thread.join()
consumer_thread.join()
在上述代码中,我们使用了事件控制生产者和消费者的执行顺序。当生产者生产了产品后,通过set()方法设置了事件,等待的消费者线程便可以通过wait()方法被唤醒。
总结
本文介绍了Python3中最常用的5种线程锁,包括互斥锁(Lock)、递归锁(RLock)、信号量(Semaphore)、条件变量(Condition)和事件(Event),并且对每种锁的使用方法进行了详细讲解。在多线程并发编程中,使用线程锁可以有效地避免线程间的竞争问题,保证多线程程序的正确性。