Python学习线程间同步之二

1、Barrier

# Barrier 可以理解为路障或者道闸；

# 作用：等待所有的线程到齐后开始放行；

broken    如果屏障状态处于被打破的状态,返回True;
abort()    将屏障置于broken状态,等待中的线程或者调用等待方法的线程中都会抛出BrokenBarrierError异常,等待中的线程无效,不会被计入参与方直到屏障被reset;
reset()    恢复屏障;重新开始拦截;

# 实例代码：

from threading import Thread, Lock, RLock, Event, Condition, Barrier
import threading
import time
import logging
import random
FORMAT = "%(asctime)-15s\t [%(threadName)s %(thread)8d] %(message)s"
logging.basicConfig(level=10, format=FORMAT)
barrier = Barrier(3)

def worker(barrier: Barrier):
    logging.info('waiting for {} threads '.format(barrier.n_waiting))
    try:
        barrier_id=barrier.wait()
        logging.info('after barrier {}'.format(barrier_id))
    except threading.BrokenBarrierError:
        logging.info('Broken Barrier. run')

for i in range(1,6):
    if i == 2:
        barrier.abort()
    elif i == 3:
        barrier.reset()
    threading.Event().wait(1)
    threading.Thread(target=worker,name='worker-{}'.format(i),args=(barrier,)).start()
    print(i,barrier.n_waiting)

'''
运行结果分析：
1 1  # 等待中的线程为1
2018-11-06 16:52:10,256     [worker-1     3620] waiting for 0 threads 
2018-11-06 16:52:10,257     [worker-1     3620] Broken Barrier. run
2018-11-06 16:52:11,257     [worker-2     5800] waiting for 0 threads 
2018-11-06 16:52:11,257     [worker-2     5800] Broken Barrier. run
2 0 # i=2的时候由于barrier被打破，则等待的线程无效，不会被计入wait参与方；
2018-11-06 16:52:12,258     [worker-3     5956] waiting for 0 threads 
3 1 # i=3的时候barrier被修复，线程从新被计入wait方法
4 2
2018-11-06 16:52:13,259     [worker-4     7612] waiting for 1 threads 
2018-11-06 16:52:14,259     [worker-5    10012] waiting for 2 threads 
5 0 # i=5的时候 参与方线程为3,4,5 达到barrier放行的数目，所有线程都放行，所以等待线程为0
2018-11-06 16:52:14,260     [worker-5    10012] after barrier 2
2018-11-06 16:52:14,260     [worker-4     7612] after barrier 1
2018-11-06 16:52:14,260     [worker-3     5956] after barrier 0
'''

2、semaphore

# semaphore 信号量与Lock类似，信号量对象内部维护一个倒计数器，每一次acquire都会减1，当acquire方法发现计数器为0，就阻塞请求的线程，直到其他线程对信号量release后，计数器大于1，恢复阻塞线程；

 # 由于semapore对于release归还越界问题没有限制，则会出现不可预期的效果，所有为了安全则一般使用BoundedSemaphore类；

# BoundedSemaphore类： 有界的信号量，不允许release超出初始值的范围，否则，抛出ValueError异常；

# 信号量一般用于连接池，实例代码

class Conn:
    def __init__(self,name):
        self.name=name

    def __repr__(self):
        return str(self.name)

class Pool:
    def __init__(self,count:int):
        self.count=count
        self.pool=[self._connect("conn-{}".format(x)) for x in range(self.count)]
        self.sem=BoundedSemaphore(count)

    def _connect(self,conn_name):
        return Conn(conn_name)

    def get_conn(self):
        self.sem.acquire()
        return self.pool.pop()

    def return_conn(self,conn:Conn):
        self.pool.append(conn)
        self.sem.release()

p=Pool(5)

print(p.pool)
'''
[conn-0, conn-1, conn-2, conn-3, conn-4]
'''

3、数据结构与GIL

（1）什么是GIL？

# GIL 全局解释器锁；

# 由于python是一种解释性语言，则需要经过解释器将py代码编译成cpu能识别的字节码，所有就有了python解释器的存在，例如 Jpython，Cpython，PyPy等解释器；

# 由于Cpython已经成为Python的实际标准，而提到GIL一般指的是Cpython，Cpython设置GIL的主要原因是为了保证不让多线程同时执行一条字节码，这就避免了可能多个线程对同一个对象进行操作；

# 保留GIL的原因：降低学习难度，移除GIL会降低Cpython单线程的执行效率；

（2）python统一进程内多线程的工作流程

    ①：拿到公共数据;
    ②：申请GIL;
    ③：Python解释器调用操作系统原生线程
    ④：cpu执行运算
    ⑤：当该线程执行一段时间消耗完，无论任务是否已经执行完毕,都会释放GIL
    ⑥：下一个被CPU调度的线程重复上面的过程;