python基础——锁

进程锁 (互斥锁)

进程锁的引入：

模拟抢票程序：

python 复制代码

from multiprocessing import Process
import json
import time
def show_ticket(i):
    with open("./tickets.txt",mode="r",encoding="utf-8") as file:
        ticket = json.load(file)
    print("{}:当前的票数是：{}".format(i,ticket['count']))
def buy_ticket(i):
    with open("./tickets.txt",mode="r",encoding="utf-8") as file:
        ticket = json.load(file)
        if ticket['count'] > 0:
            ticket['count'] -= 1
            print("{}买到票了".format(i))
        else:
            print("票卖完了")
        time.sleep(0.1)
        with open("./tickets.txt",mode="w",encoding="utf-8") as new_file:
            json.dump(ticket,new_file)

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        Process(target=show_ticket,args=(i,)).start()
        Process(target=buy_ticket,args=(i,)).start()

运行结果：

实际仅有一张票，但是由于系统的并发执行速度较快，导致系统出现错误

此时，就需要使用锁来进行数据保护，防止出现数据上的错误

进程锁的使用：

python 复制代码

from multiprocessing import Process,Lock
import json
import time
def show_ticket(i,lock):
    lock.acquire()
    with open("./tickets.txt",mode="r",encoding="utf-8") as file:
        ticket = json.load(file)
    print("{}:当前的票数是：{}".format(i,ticket['count']))
    lock.release()
def buy_ticket(i,lock):
    lock.acquire()
    with open("./tickets.txt",mode="r",encoding="utf-8") as file:
        ticket = json.load(file)
        if ticket['count'] > 0:
            ticket['count'] -= 1
            print("{}买到票了".format(i))
        else:
            print("票卖完了")
        time.sleep(0.1)
        with open("./tickets.txt",mode="w",encoding="utf-8") as new_file:
            json.dump(ticket,new_file)
        lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()
    for i in range(10):
        Process(target=show_ticket,args=(i,lock)).start()
        Process(target=buy_ticket,args=(i,lock)).start()

运行结果：

使用进程锁可以保证一次进运行一个进程，防止进程之间数据的错误

进程锁再次使用：

不使用进程锁：

python 复制代码

from multiprocessing import Process
import time
from multiprocessing import Lock
def func1(i,lock):
    # lock.acquire()
    print("函数第{}次执行".format(i))
    time.sleep(1)
    print("函数执行完毕")
    # lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()
    for i in range(10):
        Process(target=func1,args=(i,lock)).start()

执行结果：

使用进程锁：

python 复制代码

from multiprocessing import Process
import time
from multiprocessing import Lock
def func1(i,lock):
    lock.acquire()
    print("函数第{}次执行".format(i))
    time.sleep(1)
    print("函数执行完毕")

if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()
    for i in range(10):
        Process(target=func1,args=(i,lock)).start()

执行结果：

注意：由于前者未使用进程锁，因此十个进程并发执行，总执行时间1s

后者使用进程锁，需要一个进程一个进程进行执行，因此总执行时间为10s

部分代码解释：

lock = Lock() 创建一个锁对象

lock.acquire() 表示该进程拿走锁，然后执行，阻塞其他进程

lock.release() 表示该进程执行完毕，归还锁，使得其他进程得以继续执行

此时，若果进程中只有lock.acquire()方法，而没有lock.release()方法，会使得程序阻塞，无法继续向下进行

python 复制代码

from multiprocessing import Process
import time
from multiprocessing import Lock
def func1(i,lock):
    lock.acquire()
    print("函数第{}次执行".format(i))
    time.sleep(1)
    print("函数执行完毕")

if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()
    for i in range(10):
        Process(target=func1,args=(i,lock)).start()

执行结果：

另一种写法：

with lock：

代替lock.acquire()方法与lock.release()方法

线程锁

线程锁的引入:

python 复制代码

from threading import Thread
n = 0
def add():
    for i in range(2200000):
        global n
        n += 1
def sub():
    for i in range(2200000):
        global n
        n -= 1

p1 = Thread(target=add)
p1.start()
p2 = Thread(target=sub)
p2.start()
p1.join()
p2.join()
print(n)

运行结果不确定，由于线程的执行速度过快，在同一时间，可能会有多个线程在进行加操作，而在加操作完成后，赋值操作仅进行了一次，因此出现数值的错误，因为错误次数不确定，因此运行的结果也不确定

部分运行结果：

线程中锁的使用：

python 复制代码

from threading import Thread,Lock
n = 0
def add(lock):
    for i in range(2200000):
        global n
        lock.acquire()
        n += 1
        lock.release()
def sub(lock):
    for i in range(2200000):
        global n
        lock.acquire()
        n -= 1
        lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock = Lock()
    p1 = Thread(target=add,args=(lock,))
    p1.start()
    p2 = Thread(target=sub,args=(lock,))
    p2.start()
    p1.join()
    p2.join()
    print(n)

此时，无论程序执行多少次，数值的大小如何，由于锁的使用，每次的加运算与赋值运算都是单次进行，因此，数值不会出现错误

执行结果：

递归锁

在一个线程中可以进行多次acquire()操作

但同时，只有进行多次release()操作，才能解锁其他进程

递归锁的使用：

python 复制代码

from threading import Thread,Lock,RLock
import time
n = 0
def add(lock):
    for i in range(2):
        global n
        lock.acquire()
        lock.acquire()
        n += 1
        time.sleep(1)
        print("函数add的执行次数{}".format(n))
        lock.release()
def sub(lock):
    for i in range(2):
        global n
        lock.acquire()
        n -= 1
        print("函数sub的执行次数{}".format(n))
        lock.release()
if __name__ == '__main__':
    lock = RLock()
    p1 = Thread(target=add,args=(lock,))
    p1.start()
    p2 = Thread(target=sub,args=(lock,))
    p2.start()
    p1.join()
    p2.join()
    print(n)

执行结果：

此时可以看到，由于函数add中上锁了两次，而只进行了一次解锁，因此在函数add执行完毕之后函数sub并不会进行执行

死锁现象

由于进程的执行顺序不当，或者资源的分配不当而导致整个进程不能进行执行，而陷入卡死的状态

死锁示例：

python 复制代码

rom threading import Thread,Lock
import time
noodle_lock = Lock()
fork_lock = Lock()

def eat(name):
    noodle_lock.acquire()
    print("{}抢到面了".format(name))
    fork_lock.acquire()
    print("{}抢到叉子了".format(name))
    print("{}吃面".format(name))
    time.sleep(0.1)
    fork_lock.release()
    print("{}放下了叉子".format(name))
    noodle_lock.release()
    print("{}放下面了".format(name))
def eat2(name):
    fork_lock.acquire()
    print("{}抢到了叉子".format(name))
    noodle_lock.acquire()
    print("{}抢到面了".format(name))
    print("{}吃面".format(name))
    time.sleep(0.1)
    noodle_lock.release()
    print("{}放下面了".format(name))
    fork_lock.release()
    print("{}放下叉子了".format(name))

Thread(target=eat,args=(1,)).start()
Thread(target=eat2,args=(2,)).start()
Thread(target=eat,args=(3,)).start()
Thread(target=eat2,args=(4,)).start()

部分执行结果：

注：死锁现象只发生在多个进程且存在多个互斥锁的情况在，单个互斥锁的合理使用不会导致死锁现象的发生