Python | 面试官:你来说说并发场景锁怎么用?

承志
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2021-03-2620:58:36 评论 76 2881字
摘要

每一个人从房间门口拿到钥匙进入房间,出房间的时候会把钥匙再放回到门口。这样下一个到门口的人就可以拿到钥匙了。这里的房间就是某一个资源或者是一段逻辑,而拿取钥匙的人其实指的是一个线程。

今天是Python专题的第24篇文章,我们一起来聊聊多线程场景当中不可或缺的另外一个部分——

如果你学过操作系统,那么对于锁应该不陌生。锁的含义是线程锁,可以用来指定某一个逻辑或者是资源同一时刻只能有一个线程访问。这个很好理解,就好像是有一个房间被一把锁锁住了,只有拿到钥匙的人才能进入。每一个人从房间门口拿到钥匙进入房间,出房间的时候会把钥匙再放回到门口。这样下一个到门口的人就可以拿到钥匙了。这里的房间就是某一个资源或者是一段逻辑,而拿取钥匙的人其实指的是一个线程。

一、加锁的原因

我们明白了锁的原理,不禁有了一个问题,我们为什么需要锁呢,它在哪些场景当中会用到呢?其实它的使用场景非常广,我们举一个非常简单的例子,就是淘宝买东西。我们都知道商家的库存都是有限的,卖掉一个少一个。假如说当前某个商品库存只剩下一个,但当下却有两个人同时购买。两个人同时购买也就是有两个请求同时发起购买请求,如果我们不加锁的话,两个线程同时查询到商品的库存是1,大于0,进行购买逻辑之后,同时减一。由于两个线程同时执行,所以最后商品的库存会变成-1。

显然商品的库存不应该是一个负数,所以我们需要避免这种情况发生。通过加锁可以完美解决这个问题。我们规定一次只能有一个线程发起购买的请求,那么这样当一个线程将库存减到0的时候,第二个请求就无法修改了,就保证了数据的准确性。

二、代码实现

那么在Python当中,我们怎么样来实现这个锁呢?其实很简单,threading库当中已经为我们提供了线程的工具,我们直接拿过来用就可以了。我们通过使用threading当中的Lock对象, 可以很轻易的实现方法加锁的功能。

import threadingclass PurchaseRequest:    """    初始化库存与锁    """    def __init__(self, initial_value = 0):        self._value = initial_value        self._lock = threading.Lock()    def incr(self,delta=1):        """        加库存        """        self._lock.acquire()        self._value += delta        self._lock.release()    def decr(self,delta=1):        """        减库存        """        self._lock.acquire()        self._value -= delta        self._lock.release()

我们从代码当中就可以很轻易的看出Lock这个对象的使用方法,我们在进入加锁区(资源抢占区)之前,我们需要先使用lock.acquire()方法获取锁。Lock对象可以保证同一时刻只能有一个线程获取锁,只有获取了锁之后才会继续往下执行。当我们执行完成之后,我们需要把锁"放回门口",所以需要再调用一下release方法,表示锁的释放。

这里有一个小问题是很多程序员在编程的时候总是会忘记release,导致不必要的bug,而且这种分布式场景当中的bug很难通过测试发现。因为测试的时候往往很难测试并发场景,code review的时候也很容易忽略,因此一旦泄露了还是挺难发现的。

为了解决这个问题,Lock还提供了一种改进的用法,就是使用with语句。with语句我们之前在使用文件的时候用到过,使用with可以替我们完成try catch以及资源回收等工作,我们只管用就完事了。这里也是一样,使用with之后我们就可以不用管锁的申请和释放了,直接写代码就行,所以上面的代码可以改写成这样:

import threadingclass PurchaseRequest:    """    初始化库存与锁    """    def __init__(self, initial_value = 0):        self._value = initial_value        self._lock = threading.Lock()    def incr(self,delta=1):        """        加库存        """  with self._lock:         self._value += delta    def decr(self,delta=1):        """        减库存        """        with self._lock:         self._value -= delta

这样看起来是不是清爽很多?

三、可重入锁

上面介绍的只是最简单的锁,我们经常使用的往往是可重入锁。什么叫可重入锁呢?简单解释一下,就是在一个线程已经持有了锁的情况下,它可以再次进入被加锁的区域。但是既然线程还持有锁没有释放,那么它不应该还是在加锁区域吗,怎么会有需要再次进入被加锁区域的情况呢?其实是有的,道理也很简单,就是递归

我们把上面的例子稍微改一点点,就完全不一样了。

import threadingclass PurchaseRequest:    """    初始化库存与锁    """    def __init__(self, initial_value = 0):        self._value = initial_value        self._lock = threading.Lock()    def incr(self,delta=1):        """        加库存        """  with self._lock:         self._value += delta    def decr(self,delta=1):        """        减库存        """        with self._lock:         self.incr(-delta)

我们关注一下上面的decr方法,我们用incr来代替了原本的逻辑实现了decr。但是有一个问题是decr也是一个加锁的方法,需要前一个锁释放了才能进入。但它已经持有了锁了,那么这种情况下就会发生死锁。我们只需要把Lock换成可重入锁就可以解决这个问题,只需要修改一行代码。

import threadingclass PurchaseRequest:    """    初始化库存与锁    我们使用RLock代替了Lock,也可重入锁代替了普通锁    """    def __init__(self, initial_value = 0):        self._value = initial_value        self._lock = threading.RLock()    def incr(self,delta=1):        """        加库存        """  with self._lock:         self._value += delta    def decr(self,delta=1):        """        减库存        """        with self._lock:         self.incr(-delta)

四、总结

今天我们的文章介绍了Python当中锁的使用方法,以及可重入锁的概念。在并发场景下开发和调试都是一个比较困难的工作,稍微不小心就会踩到各种各样的坑,死锁只是其中一种比较常见并且比较容易解决的问题,除此之外还有很多其他各种各样的问题。

针对死锁的问题,Python还提供了其他的解决方案,我们放到下一篇文章当中再和大家分享。

End.

爱数据网专栏作者:承志

作者介绍:前阿里人,推荐算法专家,一年更新400篇博文的勤奋作者

个人微信公众号:TechFlow(ID:techflow2019)

本文为挖数网专栏作者原创文章,未经允许禁止转载,需要转载请微信联系授权(微信号:lovedata0520)

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