线程安全与锁的概念

一个进程包含：运行进程的程序、数据集以及进程控制块。其中进程控制块是保证系统可以进行多任务并发的关键，它控制着进程间的切换活动。

进程是系统中最小的资源分配单位，而线程是系统中最小的执行单位。多个线程可以共享同一个进程内的数据集，很多情况下，线程访问数据集的速度过快，而数据集的更新却跟不上被访问的速度，导致了访问出现错误。这就是线程安全问题。

 假设有一百个线程同时来操纵一个数，每个线程运行一次减1的操作。代码如下：

import time
import threading

num = 100

def redNum():

    global num  # 引用的是全局变量num
    num = num - 1  # 对num进行-1操作

thread_list = [] # 存放多个线程的列表

for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=redNum)
    t.start()
    thread_list.append(t)

for t in thread_list:  # 阻塞主线程，等待子线程执行完毕
    t.join()

print('num的最终值:', num)

打印结果：

num的最终值: 0

我们获取了想要的结果，这个结果与串行执行程序的结果并无区别。但是当我们加上时间延迟后，情况就变得不一样了：

import time
import threading

num = 100

def redNum():

    global num  

    temp = num # 将num存入临时变量
    time.sleep(0.000001) # 设置时间延迟
    num = temp - 1  

thread_list = [] 

for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=redNum)
    t.start()
    thread_list.append(t)

for t in thread_list: 
    t.join()

print('num的最终值:', num)

打印结果并不为0：

num的最终值: 91

如果重新运行程序，就会发现每次打印出的数字都会有所不同。

为什么最终的结果不是0呢？

如上图所示，每个线程都在访问num这个变量。但是由于我们在线程内部设置了时间延迟，所以读取num的速度要远大于在线程内部处理num的速度，所以很多线程获取的依然是未作修改的num值。子线程访问num的速度快，修改后将num重新写入的速度慢，导致了所谓的线程不安全——当某个线程访问共享数据时，未对这次访问进行保护，其他线程仍有机会访问该数据，出现了数据前后不一致的情况。例如我们在网上买火车票，信息显示余票还有100张，这时A访问了网站并购买了一张票，在网站处理A的购买信息时，B也访问了网站。如果网站没有对A的访问进行保护，就会出现B看到余票仍有100张的情况。而实际上，余票只有99张了。

 那么怎样才能使线程安全呢？这就要用到“锁”了。

我们可以为某一段代码加上“锁”，加上“锁”后，每次只允许一个线程运行这段代码，也就是每个时间只能有一个线程访问共享数据。在python中，这种限制线程访问的锁称为“同步锁”。可以用threading.Lock()来实例化一个同步锁对象。

import time
import threading

num = 100

lock = threading.Lock() # 实例化一个Lock对象，该对象是一个同步锁

def redNum():

    global num

    lock.acquire() # 为下面的运行代码加上同步锁
    temp = num 
    time.sleep(0.000001) 
    num = temp - 1
    lock.release() # 释放同步锁

thread_list = []

for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=redNum)
    t.start()
    thread_list.append(t)

for t in thread_list:
    t.join()

print('num的最终值:', num)

这时，多线程的程序获得的结果就是我们期望的了：

num的最终值: 0

当在每个线程内部使用lock.acquire()与lock.release()时，这两个方法间的代码相当于串行执行。每个时刻都只能有1个线程运行这两个方法间的代码。当某个线程内的锁被释放后，其他线程才能去竞争这把“锁”，获得锁的线程才能被执行。

 

参考博客：www.cnblogs.com/yuanchenqi/articles/6248025.html