20190425 - Python互斥锁控制多线程中的数据同步 - jingchu

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多线程同时运行能提高效率，但是对于共享资源进行处理时，会导致数据不同步，本期讲述通过锁来对线程进行控制，进行数据同步

''' Python3 通过两个标准库 _thread 和 threading 提供对线程的支持。 _thread 提供了低级别的、原始的线程以及一个简单的锁，它相比于 threading 模块的功能还是比较有限的。 threading 模块除了包含 _thread 模块中的所有方法外，还提供的其他方法：

threading.currentThread(): 返回当前的线程变量。
threading.enumerate(): 返回一个包含正在运行的线程的list。正在运行指线程启动后、结束前，不包括启动前和终止后的线程。
threading.activeCount(): 返回正在运行的线程数量，与len(threading.enumerate())有相同的结果。
除了使用方法外，线程模块同样提供了Thread类来处理线程，Thread类提供了以下方法:
run(): 用以表示线程活动的方法。
start():启动线程活动。
join([time]): 等待至线程中止。这阻塞调用线程直至线程的join() 方法被调用中止-正常退出或者抛出未处理的异常-或者是可选的超时发生。
isAlive(): 返回线程是否活动的。
getName(): 返回线程名。
setName(): 设置线程名。

创建两个线程同时运行

import threading
import time
#创建一个分支判断条件
exitFlag = 0

class myThread(threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, counter ):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter

    def run(self):
        print('线程开始:' + self.name)
        print_time(self.name, self.counter, 5)
        print('退出线程:' + self.name)

def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        if exitFlag:
            threadName.exit()
        time.sleep(delay)
        print('%s:%s' % (threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1
#创建两个线程
thread1 = myThread(1, '荆楚', 5)
thread2 = myThread(2, '小象', 6)
#开启线程
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()
print('退出线程')

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线程同步 如果多个线程共同对某个数据修改，则可能出现不可预料的结果，为了保证数据的正确性，需要对多个线程进行同步。

使用 Thread 对象的 Lock 和 Rlock 可以实现简单的线程同步，这两个对象都有 acquire 方法和 release 方法，对于那些需要每次只允许一个线程操作的数据，可以将其操作放到 acquire 和 release 方法之间。如下：

多线程的优势在于可以同时运行多个任务（至少感觉起来是这样）。但是当线程需要共享数据时，可能>存在数据不同步的问题。

考虑这样一种情况：一个列表里所有元素都是0，线程"set"从后向前把所有元素改成1，而线>>程"print"负责从前往后 读取列表并打印。

那么，可能线程"set"开始改的时候，线程"print"便来打印列表了，输出就成了一半0一半1，这就是数据的不同步。 为了避免这种情况，引入了锁的概念。

锁有两种状态——锁定和未锁定。每当一个线程比如"set"要访问共享数据时，必须先获得锁定；如果已经有别的线程 比如"print"获得锁定了，那么就让线程"set"暂停，也就是同步阻塞；等到线程"print"访问完毕，释放锁以后， 再让线程"set"继续。

经过这样的处理，打印列表时要么全部输出0，要么全部输出1，不会再出现一半0一半1的尴尬场面。 '''

import threading
import time
class myThread(threading.Thread):

    def __init__(self, threadID, name, counter):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.counter = counter

    def run(self):
     print('开启线程：' + self.name)
        #获取锁，用于线程同步
        threadLock.acquire()
        print_time(self.name, self.counter, 3)
        #释放锁，开启下一个线程
        threadLock.release()

def print_time(threadName, delay, counter):
    while counter:
        time.sleep(delay)
        print('%s：%s' % (threadName, time.ctime(time.time())))
        counter -= 1

#创建线程锁
threadLock = threading.Lock()
threads = []

#创建新线程
thread1 = myThread(1, '荆楚', 5)
thread2 = myThread(2, '小象', 6)

#开启新线程
thread1.start()
thread2.start()

#添加线程进入线程列表
threads.append(thread1)
threads.append(thread2)

#等待所有线程完成
for i in threads:
    i.join()
print('退出主线程')

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''' 线程优先级队列（ Queue） Python 的 Queue 模块中提供了同步的、线程安全的队列类，包括FIFO（先入先出)队列Queue，LIFO（后入先出）队列LifoQueue ，和优先级队列 PriorityQueue。

这些队列都实现了锁原理，能够在多线程中直接使用，可以使用队列来实现线程间的同步。

Queue 模块中的常用方法:
Queue.qsize() 返回队列的大小
Queue.empty() 如果队列为空，返回True,反之False
Queue.full() 如果队列满了，返回True,反之False
Queue.full 与 maxsize 大小对应
Queue.get([block[, timeout]])获取队列，timeout等待时间
Queue.get_nowait() 相当Queue.get(False)
Queue.put(item) 写入队列，timeout等待时间
Queue.put_nowait(item) 相当Queue.put(item, False)
Queue.task_done() 在完成一项工作之后，Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号
Queue.join() 实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

实例: '''

import queue
import threading
import time

exitFlag = 0

class myThread(threading.Thread):
    def __init__(self, threadID, name, q):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.threadID = threadID
        self.name = name
        self.q = q
    def run(self):
        print('开启线程：' + self.name)
        process_data(self.name, self.q)
        print('退出线程：' + self.name)

def process_data(threadName, q):
    while not exitFlag:
        queueLock.acquire()
        if not workQueue.empty():
            data = q.get()
            queueLock.release()
            print('%s processing %s' % (threadName, data) )
        else:
            queueLock.release()
        time.sleep(5)

threadList = ['Thread-1', 'Thread-2', ' Thread-3']
nameList = ['One', 'Two', 'Three', 'Four', 'Five']
queueLock = threading.Lock()
workQueue = queue.Queue(10)
threads = []
threadID = 1

#创建新线程
for tName in threadList:
    thread = myThread(threadID, tName, workQueue)
    thread.start()
    threads.append(thread)
    threadID += 1

#填充队列
queueLock.acquire()
for work in nameList:
    workQueue.put(work)
queueLock.release()

#等待队列清空
while not workQueue.empty():
    pass

#通知线程是时候退出
exitFlag = 1

#等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()
print('退出主线程')