线程锁&信号量&gil

线程锁

线程锁的主要目的是防止多个线程之间出现同时抢同一个数据，这会造成数据的流失。线程锁的作用类似于进程锁，都是为了数据的安全性

下面，我将用代码来体现进程锁的作用：

from threading import Thread,Lock

x = 0
def task():
    global x

    for i in range(200000):
        x = x+1


if __name__ == '__main__':
    t1 = Thread(target=task)
    t2 = Thread(target=task)
    t3 = Thread(target=task)
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()

    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    print(x)

t1 的 x刚拿到0 保存状态 就被切了
t2 的 x拿到0 进行+1 1
t1 又获得运行了 x = 0 +1 1
思考:一共加了几次1? 加了两次1 真实运算出来的数字本来应该+2 实际只+1
这就产生了数据安全问题

这个时候我们就可以利用进程锁来避免出现这种问题

from threading import Thread,Lock

x = 0
mutex = Lock()
def task():
    global x
    mutex.acquire()
    for i in range(200000):
        x = x+1

    mutex.release()

if __name__ == '__main__':
    t1 = Thread(target=task)
    t2 = Thread(target=task)
    t3 = Thread(target=task)
    t1.start()
    t2.start()
    t3.start()

    t1.join()
    t2.join()
    t3.join()
    print(x)

死锁问题

from threading import Thread,Lock
mutex1 = Lock()
mutex2 = Lock()
import time
class MyThreada(Thread):
    def run(self):
        self.task1()
        self.task2()
    def task1(self):
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁1 ')
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁2 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁2 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁1 ')

    def task2(self):
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁2 ')
        time.sleep(1)
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁1 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁1 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁2 ')


for i in range(3):
    t = MyThreada()
    t.start()

运行程序，会发现程序执行一半卡死了这就是因为发生了死锁问题

两个线程
线程1拿到了(锁头2)想要往下执行需要(锁头1),
线程2拿到了(锁头1)想要往下执行需要(锁头2)
互相都拿到了彼此想要往下执行的必需条件,互相都不放手里的锁头，这就造成了死锁

递归锁

递归锁在同一线程内可以被多次require

递归锁如何释放：内部相当于维护了一个计数器，也可以说是同一个线程，acquire了几次就要release几次

from threading import Thread,Lock,RLock

# mutex1 = Lock()
# mutex2 = Lock()
mutex1 = RLock()
mutex2 = mutex1

import time
class MyThreada(Thread):
    def run(self):
        self.task1()
        self.task2()
    def task1(self):
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁1 ')
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁2 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁2 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁1 ')

    def task2(self):
        mutex2.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁2 ')
        time.sleep(1)
        mutex1.acquire()
        print(f'{self.name} 抢到了 锁1 ')
        mutex1.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁1 ')
        mutex2.release()
        print(f'{self.name} 释放了 锁2 ')


for i in range(3):
    t = MyThreada()
    t.start()

信号量Semaphore

同进程的一样

Semaphore管理一个内置的计数器，
每当调用acquire()时内置计数器-1；
调用release() 时内置计数器+1；
计数器不能小于0；当计数器为0时，acquire()将阻塞线程直到其他线程调用release()。

实例：(同时只有5个线程可以获得semaphore,即可以限制最大连接数为5)：

from threading import Thread,currentThread,Semaphore
import time

def task():
    sm.acquire()
    print(f'{currentThread().name} 在执行')
    time.sleep(3)
    sm.release()

sm = Semaphore(5)   # 同一时间只允许5个线程在执行
for i in range(15):
    t = Thread(target=task)
    t.start()

与进程池是完全不同的概念，进程池Pool(4)，最大只能产生4个进程，而且从头到尾都只是这四个进程，不会产生新的，而信号量是产生一堆线程/进程。

GIl

介绍

'''
定义：
In CPython, the global interpreter lock, or GIL, is a mutex that prevents multiple 
native threads from executing Python bytecodes at once. This lock is necessary mainly 
because CPython’s memory management is not thread-safe. (However, since the GIL 
exists, other features have grown to depend on the guarantees that it enforces.)
'''
# 1
在Cpython解释器中有一把GIL锁，GIl锁本质是一把互斥锁。
因为GIL锁：同一个进程下开启的多线程，同一时刻只能有一个线程执行，无法利用多核优势

# 2
GIL本质就是一把互斥锁，那既然是互斥锁，原理都一样，都是让多个并发线程同一时间只能
    有一个执行
    即：有了GIL的存在，同一进程内的多个线程同一时刻只能有一个在运行，意味着在Cpython中
        一个进程下的多个线程无法实现并行===》意味着无法利用多核优势
        多个线程只能并发不能并行
# 3
GIL可以被比喻成执行权限，同一进程下的所以线程 要想执行都需要先抢执行权限。

首先需要明确的一点是GIL并不是Python的特性，它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比C++是一套语言（语法）标准，但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。有名的编译器例如GCC，INTEL C++，Visual C++等。Python也一样，同样一段代码可以通过CPython，PyPy，Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python，也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点：GIL并不是Python的特性，Python完全可以不依赖于GIL

GIL介绍

GIL本质就是一把互斥锁，既然是互斥锁，所有互斥锁的本质都一样，都是将并发运行变成串行，以此来控制同一时间内共享数据只能被一个任务所修改，进而保证数据安全。

# 为何要有GIL?
    因为Cpython解释器自带垃圾回收机制不是线程安全的。
# 如果不对垃圾回收机制线程做任何处理，也没有GIL锁行不行？
    提示：如果是问题的这种情况，多线程和垃圾回收线程就会并发了。

可以肯定的一点是：保护不同的数据的安全，就应该加不同的锁。

要想了解GIL，首先确定一点：每次执行python程序，都会产生一个独立的进程。例如python test.py，python aaa.py，python bbb.py会产生3个不同的python进程

'''
#验证python test.py只会产生一个进程
#test.py内容
import os,time
print(os.getpid())
time.sleep(1000)
'''
python3 test.py 
#在windows下
tasklist |findstr python
#在linux下
ps aux |grep python

在一个python的进程内，不仅有test.py的主线程或者由该主线程开启的其他线程，还有解释器开启的垃圾回收等解释器级别的线程，总之，所有线程都运行在这一个进程内，毫无疑问

#1 所有数据都是共享的，这其中，代码作为一种数据也是被所有线程共享的（test.py的所有代码以及Cpython解释器的所有代码）
例如：test.py定义一个函数work（代码内容如下图），在进程内所有线程都能访问到work的代码，于是我们可以开启三个线程然后target都指向该代码，能访问到意味着就是可以执行。

#2 所有线程的任务，都需要将任务的代码当做参数传给解释器的代码去执行，即所有的线程要想运行自己的任务，首先需要解决的是能够访问到解释器的代码。

综上：

如果多个线程的target=work，那么执行流程是

多个线程先访问到解释器的代码，即拿到执行权限，然后将target的代码交给解释器的代码去执行

解释器的代码是所有线程共享的，所以垃圾回收线程也可能访问到解释器的代码而去执行，这就导致了一个问题:对于同一个数据100，可能线程1执行x=100的同时，而垃圾回收执行的是回收100的操作，解决这种问题没有什么高明的方法，就是加锁处理，如下图的GIL，保证python解释器同一时间只能执行一个任务的代码

GIL与Lock

GIL保护的是解释器级的数据，保护用户自己的数据则需要自己加锁处理，如下图