day9-为什么需要线程锁(互斥锁)

一、概述

 　　线程需要沟通，需要共享数据，但是我们之前并没有涉及到多线程情况共享数据的例子。下面我们就来探讨一下，多线程共享数据会出现什么情况。这边就需要用到线程锁，又叫互斥锁(mutex)。

二、线程锁(互斥锁)

2.1、前戏

说明：我们现在来探讨多线程数据共享的情况

import threading,time

def run(n):
    global num   #把num变成全局变量
    time.sleep(1)  #注意了sleep的时候是不占有cpu的，这个时候cpu直接把这个线程挂起了，此时cpu去干别的事情去了
    num += 1   #所有的线程都做+1操作

num = 0   #初始化num为0
t_obj = list()
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=run,args=("t-{0}".format(i),))
    t.start()
    t_obj.append(t)

for t in t_obj:
    t.join()


print("--------all thead has finished")
print("num:",num)   #输出最后的num值

#输出
--------all thead has finished
('num:', 97)  #输出的结果

 　　这个时候有些小伙伴就说了，你最后输出的结果怎么会是 97 呢？应该是100才对啊，不是有GIL(全局解释器锁)已经控制了，这个到底是为什么呐？

答：注意了，这种情况只能在python2.x 中才会出现的，python3.x里面没有这种现象。下面我们就用一张图来解释一下这个原因。如图：

 

图解释：

1. 到第5步的时候，可能这个时候python正好切换了一次GIL(据说python2.7中，每100条指令会切换一次GIL),执行的时间到了，被要求释放GIL,这个时候thead 1的count=0并没有得到执行，而是挂起状态，count=0这个上下文关系被存到寄存器中.
2. 然后到第6步，这个时候thead 2开始执行，然后就变成了count = 1,返回给count，这个时候count=1.
3. 然后再回到thead 1，这个时候由于上下文关系，thead 1拿到的寄存器中的count = 0，经过计算，得到count = 1，经过第13步的操作就覆盖了原来的count = 1的值，所以这个时候count依然是count = 1，所以这个数据并没有保护起来.

2.2、添加线程锁

说明：通过上面的图我们知道，结果依然是不准确的。所以我还要加一把锁，这个是用户级别的锁。

import threading,time

def run(n):
    lock.acquire()  #获取一把锁
    global num
    time.sleep(0.1)
    num += 1
    lock.release()  #释放锁

num = 0
lock = threading.Lock()  #添加一个锁的实例
t_obj = list()
for i in range(100):
    t = threading.Thread(target=run,args=("t-{0}".format(i),))
    t.start()
    t_obj.append(t)

for t in t_obj:
    t.join()    #因为join是等子线程执行的结果，如果不加，下面可能没有执行完就获取到num的值了


print("--------all thead has finished")
print("num:",num)  #获取num的结果

#输出
--------all thead has finished
('num:', 100)

 小结：

1. 用theading.Lock()创建一个lock的实例。
2. 在线程启动之前通过lock.acquire()加加锁，在线程结束之后通过lock.release()释放锁。
3. 这层锁是用户开的锁，就是我们用户程序的锁。跟我们这个GIL没有关系，但是它把这个数据相当于copy了两份，所以在这里加锁，以确保同一时间只有一个线程，真真正正的修改这个数据，所以这里的锁跟GIL没有关系，你理解就是自己的锁。
4. 加锁，说明此时我来去修改这个数据，其他人都不能动。然后修改完了，要把这把锁释放。这样的话就把程序编程串行了。

三、使用场景

　　在用户层面加锁，使程序变成串行了，那我们在什么情况下用呢？

　　1、我们在程序中间不能有sleep，因为程序变成串行，这样你再sleep，程序执行的时间就会变长。

　　2、我们使用的时候确保数据量不是特别大，如果数据量大，也会影响我们的执行效率。

　　3、如果你程序结束时，不释放锁的话，而且程序又是串行的，则就是占着坑，那永远在那边等着，所以最后需要释放锁。