Python 线程 - 关键部分

Question

什么是线程的“临界区”（在 Python 中）？

线程进入临界区 通过调用 acquire() 方法，该方法 可以是阻塞或 非阻塞。一个线程退出 临界区，通过调用 release() 方法。

-Understanding Threading in Python, Linux Gazette

另外，锁的用途是什么？

Answer 1

其他人给出了非常好的定义。这是一个经典的例子：

import threading
account_balance = 0 # The "resource" that zenazn mentions.
account_balance_lock = threading.Lock()

def change_account_balance(delta):
    global account_balance
    with account_balance_lock:
        # Critical section is within this block.
        account_balance += delta

假设+= 运算符由三个子组件组成：

• 读取当前值
• 将 RHS 添加到该值
• 将累计值写回 LHS（技术上用 Python 术语绑定它）

如果您没有with account_balance_lock 语句并且并行执行两个change_account_balance 调用，您最终可能会以危险的方式交错三个子组件操作。假设您同时致电change_account_balance(100)（AKA pos）和change_account_balance(-100)（AKA neg）。这可能发生：

pos = threading.Thread(target=change_account_balance, args=[100])
neg = threading.Thread(target=change_account_balance, args=[-100])
pos.start(), neg.start()

• pos: 读取当前值 -> 0
• neg: 读取当前值 -> 0
• pos：将当前值添加到读取值 -> 100
• 否定：将当前值添加到读取值 -> -100
• pos: 写入当前值 -> account_balance = 100
• 否定：写入当前值 -> account_balance = -100

因为您没有强制操作在离散块中发生，所以您可以有三种可能的结果（-100、0、100）。

with [lock] 语句是一个单一的、不可分割的操作，它说：“让我成为执行此代码块的唯一线程。如果正在执行其他代码，那很酷——我会等。”这确保了对account_balance 的更新是“线程安全的”（并行安全）。

注意：此架构有一个警告：您必须记住每次要操作 account_balance 以获取 account_balance_lock（通过 with）代码保持线程安全。有一些方法可以减少这种脆弱性，但这是另一个问题的答案。

编辑：回想起来，提到with 语句隐式调用锁定上的阻塞acquire 可能很重要——这是“我会等待”的部分上面的线程对话框。相反，非阻塞获取会说，“如果我不能立即获取锁，请告诉我”，然后依靠您检查是否获得了锁。

import logging # This module is thread safe.
import threading

LOCK = threading.Lock()

def run():
    if LOCK.acquire(False): # Non-blocking -- return whether we got it
        logging.info('Got the lock!')
        LOCK.release()
    else:
        logging.info("Couldn't get the lock. Maybe next time")

logging.basicConfig(level=logging.INFO)
threads = [threading.Thread(target=run) for i in range(100)]
for thread in threads:
   thread.start()

我还想补充一点，锁的主要目的是保证获取的原子性（acquire 跨线程的不可分割性），一个简单的布尔标志不能保证。原子操作的语义大概也是另外一个问题的内容。

Answer 2

代码的关键部分是一次只能由一个线程执行的代码。以聊天服务器为例。如果每个连接（即每个最终用户）都有一个线程，则一个“关键部分”是假脱机代码（向所有客户端发送传入消息）。如果有多个线程同时尝试对一条消息进行假脱机，您将得到 BfrIToS MANtwD PIoEmesCEsaSges 交织在一起，这显然是没有好处的。

锁是可以用来同步对关键部分（或一般资源）的访问的东西。在我们的聊天服务器示例中，锁就像一个锁着的房间，里面有一台打字机。如果一个线程在那里（输入消息），则没有其他线程可以进入房间。一旦第一个线程完成，他解锁房间并离开。然后另一个线程可以进入房间（锁定它）。 “获得”锁只是意味着“我得到了房间。”

Answer 3

"critical section" 是一段代码，为了正确起见，必须确保该部分中一次只能有一个控制线程。一般来说，您需要一个临界区来包含将值写入到内存中的引用，这些引用可以在多个并发进程之间共享。