# Python 多线程共享全局变量的优劣
在 Python 中，多线程是一种常见的并发编程方式。在多线程编程中，多个线程同时执行，并且可以共享一些数据。但是，多线程间的数据共享涉及到一些问题，如数据一致性和线程安全等。在本文中，我们将探讨如何在 Python 多线程中共享全局变量，并分析其优劣。
## 1. 全局变量的概念
全局变量是定义在 Python 脚本的最外层，没有缩进的变量，它的作用域是整个脚本范围内。Python 中的全局变量可以被任何函数访问，并且在声明之后，在整个脚本的任何位置都可以进行修改。例如：
# 定义一个全局变量
global_var = 0
# 在函数内部修改全局变量
def add_global_var():
global global_var
global_var += 1
# 调用函数修改全局变量
add_global_var()
print(global_var) # 输出 1
## 2. 共享全局变量的问题
在多线程编程中，如果两个或多个线程同时修改同一个全局变量，就会产生数据不一致的问题。例如：
import threading
# 定义一个全局变量
global_var = 0
# 定义一个加 1 的函数
def add_one():
global global_var
global_var += 1
print('Thread 1:', global_var)
# 定义一个减 1 的函数
def sub_one():
global global_var
global_var -= 1
print('Thread 2:', global_var)
# 创建两个线程
t1 = threading.Thread(target=add_one)
t2 = threading.Thread(target=sub_one)
# 启动两个线程
t1.start()
t2.start()
上述代码中，我们定义了两个函数 `add_one` 和 `sub_one`，分别用来增加和减少一个全局变量 `global_var`，并且在每次修改后打印出当前的值。我们创建了两个线程，分别执行这两个函数。运行以上代码，输出如下：
```
Thread 1: 1
Thread 2: -1
```
我们可以看到，两个线程同时修改了同一个全局变量，导致了数据不一致的问题。
## 3. 使用 Lock 解决问题
为了解决多线程间共享全局变量的问题，Python 提供了锁机制。锁是并发编程中常用的一种同步机制，通过对共享资源添加锁来保证多个线程的互斥执行。在 Python 中，可以使用 `threading` 模块中的 `Lock` 类来实现。例如：
# 定义一个全局变量
global_var = 0
# 定义一个 lock 对象
lock = threading.Lock()
# 定义一个加 1 的函数
def add_one():
global global_var
with lock:
global_var += 1
print('Thread 1:', global_var)
# 定义一个减 1 的函数
def sub_one():
global global_var
with lock:
global_var -= 1
print('Thread 2:', global_var)
# 创建两个线程
t1 = threading.Thread(target=add_one)
t2 = threading.Thread(target=sub_one)
# 启动两个线程
t1.start()
t2.start()
在上述代码中，我们使用了 `with` 语句来创建了一个上下文环境。在 `with` 语句块中，使用 `lock` 对象来实现对全局变量 `global_var` 的加锁保护。当一个线程获取到锁之后，其他线程必须等待这个线程释放锁之后才能获取到锁。运行以上代码，输出如下：
```
Thread 1: 1
Thread 2: 0
```
我们可以看到，使用 `Lock` 锁机制可以保证多个线程对全局变量的互斥访问，避免了数据不一致的问题。
## 4. 多次获取锁的问题
在上面的例子中，我们在每个函数中都使用了 `with` 语句来获取了锁，这是一种常见的写法。但是，如果在同一个线程中多次获取锁，就会产生死锁的问题。例如：
# 创建一个锁对象
lock = threading.Lock()
# 获取锁两次
with lock:
with lock:
print('Got lock twice')
在上述代码中，我们在同一个线程中获取了两次锁。运行以上代码，程序会卡在第二个 `with` 语句处，无法继续执行，这是因为这个线程已经获取到了锁，在释放锁之前，其他线程无法获取到锁，导致程序死锁。
## 5. 线程间通信
线程间通信是指多个线程之间交换信息的过程。在 Python 中，可以使用队列来实现线程间通信。队列是一种线程安全的数据结构，可以在多个线程之间共享。Python 中的队列有两种类型：`Queue` 和 `LifoQueue`。其中，`Queue` 是先进先出队列，`LifoQueue` 是后进先出队列。使用队列来进行线程间通信，可以避免因为共享变量而产生的争用和死锁。
## 6. 小结
在 Python 多线程编程中，全局变量的共享涉及到数据一致性和线程安全等问题。为了解决这些问题，我们可以使用锁机制来实现对全局变量的互斥访问，避免了数据不一致的问题。同时，在多线程编程过程中，还需要注意线程之间的通信和死锁等问题，避免程序出现错误。
总的来说，Python 多线程共享全局变量需要遵循一定的规则和注意事项，合理使用锁机制和队列，才能保证多线程程序的正确执行。