Python多线程高级用法：共享资源与同步控制

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发布于 2024-02-05 09:16:36

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多线程编程中，除了基本的创建线程和使用线程池外，更深层次的理解和掌握对于处理共享资源和同步控制是至关重要的。在本文中，我们将介绍Python中一些高级的多线程用法，包括共享资源的安全访问、锁的使用、条件变量以及信号量等。

1. 共享资源与线程安全

多线程中，如果多个线程同时访问共享的数据或资源，可能会导致数据不一致或发生竞态条件。为了确保线程安全，我们可以使用互斥锁（Mutex）。

pythonCopy codeimport threading

# 共享资源
shared_resource = 0

# 互斥锁
lock = threading.Lock()

# 线程任务
def update_shared_resource():
    global shared_resource
    for _ in range(100000):
        with lock:
            shared_resource += 1

# 创建多个线程
threads = [threading.Thread(target=update_shared_resource) for _ in range(5)]

# 启动线程
for thread in threads:
    thread.start()

# 等待所有线程结束
for thread in threads:
    thread.join()

print(f"Final value of shared resource: {shared_resource}")

2. 条件变量的使用

条件变量是一种线程间的通信机制，用于在多个线程之间实现复杂的同步。它常用于线程间的协调，等待某个条件满足后再继续执行。

pythonCopy codeimport threading

# 共享资源
shared_resource = 0

# 条件变量
condition = threading.Condition()

# 线程任务：增加共享资源
def increase_shared_resource():
    global shared_resource
    with condition:
        for _ in range(5):
            shared_resource += 1
            print(f"Increase: {shared_resource}")
        condition.notify()

# 线程任务：减少共享资源
def decrease_shared_resource():
    global shared_resource
    with condition:
        condition.wait()
        for _ in range(5):
            shared_resource -= 1
            print(f"Decrease: {shared_resource}")

# 创建两个线程
thread1 = threading.Thread(target=increase_shared_resource)
thread2 = threading.Thread(target=decrease_shared_resource)

# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待两个线程结束
thread1.join()
thread2.join()

3. 信号量的应用

信号量是一种用于控制对共享资源的访问的同步原语。它常用于控制同时访问某个资源的线程数量。

pythonCopy codeimport threading

# 共享资源
shared_resource = 0

# 信号量
semaphore = threading.Semaphore(value=2)  # 设置允许同时访问的线程数量

# 线程任务
def access_shared_resource():
    global shared_resource
    with semaphore:
        for _ in range(3):
            shared_resource += 1
            print(f"Thread {threading.current_thread().name}: {shared_resource}")

# 创建多个线程
threads = [threading.Thread(target=access_shared_resource) for _ in range(5)]

# 启动线程
for thread in threads:
    thread.start()

# 等待所有线程结束
for thread in threads:
    thread.join()

print(f"Final value of shared resource: {shared_resource}")