Python线程条件变量Condition原理解析

1. 什么是Python条件变量Condition?

在Python多线程编程中,条件变量Condition是一种重要的同步机制。它可以协调不同线程之间的执行顺序,防止线程之间的竞争和死锁。

条件变量Condition包含两个重要的概念:

锁(Lock):保证同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。

条件变量(Condition):当共享资源不满足某个条件时,使得线程阻塞,等待条件变为真。

Python的标准库threading中提供了条件变量Condition的实现。

2. 条件变量Condition的原理

条件变量Condition的原理可以概括为:

每个条件变量都与一个锁相关联,当一个线程需要访问共享资源时,它必须先获得锁。

当线程需要等待条件变量成立时,它将释放锁,并将自己加入到条件变量的等待队列中。

当条件变量成立时,唤醒等待队列中的线程。

被唤醒的线程重新获取锁,并继续执行。

3. 条件变量Condition的基本用法

3.1 等待条件变量

要等待条件变量,可以使用wait()方法。

下面是一个简单的例子,其中线程1将变量temperature的值设为0.7,并通知线程2;线程2等待条件变量,当temperature的值大于0.6时被唤醒:

import threading

temperature = 0 # 共享变量,表示温度

def thread1():

global temperature

temperature = 0.7

with cond:

cond.notify()

def thread2():

with cond:

while temperature <= 0.6:

cond.wait()

print('温度已达到 {:.1f}'.format(temperature))

cond = threading.Condition()

t1 = threading.Thread(target=thread1)

t2 = threading.Thread(target=thread2)

t1.start()

t2.start()

其中,wait()方法会使线程阻塞,并会释放锁。

在这个例子中,线程2会判断temperature是否大于0.6,如果不是就会调用wait()方法,使得线程阻塞并释放锁。当线程1修改了temperature的值并调用notify()方法时,线程2才会被唤醒。

3.2 唤醒等待线程

要唤醒等待条件变量的线程,可以使用notify()notify_all()方法。

notify()方法将唤醒等待队列中的一个线程(任意一个),而notify_all()方法将唤醒等待队列中的所有线程。这两个方法都不会释放锁,因此必须在锁的保护下进行操作。

下面是一个使用notify_all()方法唤醒等待线程的例子:

import threading

class Market:

def __init__(self):

self.__customer_count = 0 # 共享变量,表示顾客数

self.__cond = threading.Condition() # 条件变量

def add_customer(self):

with self.__cond:

self.__customer_count += 1

self.__cond.notify_all()

def wait(self):

with self.__cond:

while self.__customer_count <= 0:

self.__cond.wait()

self.__customer_count -= 1

market = Market()

def customer():

market.add_customer()

def waiter():

market.wait()

threads = []

for i in range(5):

threads.append(threading.Thread(target=customer))

threads.append(threading.Thread(target=waiter))

for t in threads:

t.start()

for t in threads:

t.join()

在这个例子中,市场类Market有两个方法,一个是add_customer(),用于添加顾客;另一个是wait(),用于等待顾客。当市场没有顾客时,唤醒等待的线程,此时会唤醒所有等待队列中的线程。

4. 总结

Python条件变量Condition是一种重要的同步机制,可以协调不同线程之间的执行顺序,防止线程之间的竞争和死锁。条件变量由锁和等待队列组成,当线程需要等待条件变量时,它将释放锁,并将自己加入到等待队列中;当条件变量成立时,唤醒等待队列中的线程。Python的标准库threading中提供了条件变量Condition的实现,包括wait()notify()notify_all()等方法。

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