Python并行编程(三)：线程同步之Lock

1、基础概念

当两个或以上对共享内存操作的并发线程中，如果有一个改变数据，又没有同步机制的条件下，就会产生竞争条件，可能会导致执行无效代码、bug等异常行为。

竞争条件最简单的解决方法是使用锁。锁的操作非常简单，当一个线程需要访问部分共享内存时，它必须先获得锁才能访问。此线程对这部分共享资源使用完成之后，释放锁，然后其他线程才可再次获得锁并访问这部分资源。

然而，在实际使用中，这个方法经常导致死锁现象。当不同线程要求得到同一个锁时，死锁就会发生，此时程序不会继续执行，因为他们互相拿着对方需要的锁。

造成死锁的原因：线程A在使用资源2，线程B在使用资源1，如果在没有释放锁时，线程A又需要资源1，线程B又需要资源2，但是两个资源的锁都是被占用的，而且在对方的锁释放之前都处于等待且不释放锁的状态，此时就会造成死锁。

使用锁来解决同步问题是一个可行的方式，但是也存在潜在的问题。

2、使用Lock进行线程同步

示例：

# coding : utf-8

import threading

shared_resource_with_lock = 0
shared_resource_with_no_lock = 0
count = 100000

shared_resource_lock = threading.Lock()

# has lock
def increment_with_lock():
    global shared_resource_with_lock
    for i in range(count):
        shared_resource_lock.acquire()
        shared_resource_with_lock += 1
        shared_resource_lock.release()
def decrement_with_lock():
    global shared_resource_with_lock
    for i in range(count):
        shared_resource_lock.acquire()
        shared_resource_with_lock -= 1
        shared_resource_lock.release()

# has no lock
def increment_without_lock():
    global shared_resource_with_no_lock
    for i in range(count):
        shared_resource_with_no_lock += 1

def decrement_without_lock():
    global shared_resource_with_no_lock
    for i in range(count):
        shared_resource_with_no_lock -= 1

if __name__ == "__main__":
    t1 = threading.Thread(target=increment_with_lock)
    t2 = threading.Thread(target=decrement_with_lock)
    t3 = threading.Thread(target=increment_without_lock)
    t4 = threading.Thread(target=decrement_without_lock)
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()
    t4.start()
    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    t4.join()
    print("the value of shared with lock is %s" %shared_resource_with_lock)
    print("the value of shared with no lock is %s" % shared_resource_with_no_lock)

执行结果：

在有锁的情况下，我们会得到挣钱的结果，而没有锁的情况下，往往会出现错误的结果。

3、锁状态

锁有两种状态：locked(被某一线程拿到)和unlocked(可用状态)

操作锁的方式：acquire()和release()

如果状态是unlocked，可以调用acquire将状态改为locked

如果状态是locked，acquire会被block直到另一个线程调用release释放锁

如果状态是unlocked，调用release会导致RuntimError异常

如果状态是locked，可以调用release将状态改为unlocked