python如何實現(xiàn)多線程的線程安全

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)python如何實現(xiàn)多線程的線程安全，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

1、引言

當(dāng)前隨著計算機(jī)硬件的快速發(fā)展，個人電腦上的 CPU 也是多核的，現(xiàn)在普遍的 CUP 核數(shù)都是 4 核或者 8 核的。因此，在編寫程序時，需要為了提高效率，充分發(fā)揮硬件的能力，則需要編寫并行的程序。Java 語言作為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要語言，廣泛應(yīng)用于企業(yè)應(yīng)用程序的開發(fā)中，它也是支持多線程（Multithreading）的，但多線程雖好，卻對程序的編寫有較高的要求。

單線程可以正確運行的程序不代表在多線程場景下能夠正確運行，這里的正確性往往不容易被發(fā)現(xiàn)，它會在并發(fā)數(shù)達(dá)到一定量的時候才可能出現(xiàn)。這也是在測試環(huán)節(jié)不容易重現(xiàn)的原因。因此，多線程（并發(fā)）場景下，如何編寫線程安全（Thread-Safety）的程序，對于程序的正確和穩(wěn)定運行有重要的意義。

下面將結(jié)合示例，談?wù)勅绾卧?Java 語言中，實現(xiàn)線程安全的程序。

為了給出感性的認(rèn)識，下面給出一個線程不安全的示例，具體如下：

package com.example.learn;
public class Counter {
    private static int counter = 0;
    public static int getCount(){
        return counter;
    }
    public static  void add(){
        counter = counter + 1;
    }
}

2、synchronized方法

基于上述的示例，讓其變成線程安全的程序，最直接的就是在對應(yīng)的方法上添加 synchronized 關(guān)鍵字，讓其成為同步的方法。它可以修飾一個類，一個方法和一個代碼塊。對上述計數(shù)程序進(jìn)行修改，代碼如下:

package com.example.learn;
public class Counter {
    private static int counter = 0;
    public static int getCount(){
        return counter;
    }
    public static synchronized void add(){
        counter = counter + 1;
    }
}

3、加鎖機(jī)制

另外一種常見的同步方法就是加鎖，比如 Java 中有一種重入鎖 ReentrantLock，它是一種遞歸無阻塞的同步機(jī)制，相對于 synchronized 來說，它可以提供更加強(qiáng)大和靈活的鎖機(jī)制，同時可以減少死鎖發(fā)生的概率。示例代碼如下：

package com.example.learn;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Counter {
    private  static int counter = 0;
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    public static int getCount(){
        return counter;
    }
    public static  void add(){
        lock.lock();
        try {
            counter = counter + 1;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

4、使用Atomic對象

由于鎖機(jī)制會影響一定的性能，而有些場景下，可以通過無鎖方式進(jìn)行實現(xiàn)。Java 內(nèi)置了 Atomic 相關(guān)原子操作類，比如 AtomicInteger,AtomicLong, AtomicBoolean 和 AtomicReference，可以根據(jù)不同的場景進(jìn)行選擇。下面給出示例代碼：

package com.example.learn;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class Counter {
    private static final AtomicInteger counter = new AtomicInteger();
    public static int getCount(){
        return counter.get();
    }
    public static void add(){
        counter.incrementAndGet();
    }
}

5、無狀態(tài)對象

前面提到，線程不安全的一個原因就是多個線程同時訪問某個對象中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存在共享的情況，因此，如果將數(shù)據(jù)變成獨享的，即無狀態(tài)（stateless）的話，那么自然就是線程安全的。而所謂的無狀態(tài)的方法，就是給同樣的輸入，就能返回一致的結(jié)果。下面給出示例代碼:

package com.example.learn;
public class Counter {
    public static int sum (int n) {
        int ret = 0;
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            ret += i;
        }
        return ret;
    }
}

6、不可變對象

前面提到，如果需要在多線程中共享一個數(shù)據(jù)，而這個數(shù)據(jù)給定值，就不能改變，那么也是線程安全的，相當(dāng)于只讀的屬性。在 Java 中可以通過 final 關(guān)鍵字進(jìn)行屬性修飾。下面給出示例代碼:

package com.example.learn;
public class Counter {
    public final int count ;
    public Counter (int n) {
        count = n;
    }
}

 7、總結(jié)

前面提到了幾種線程安全的方法，總體的思想要不就是通過鎖機(jī)制實現(xiàn)同步，要不就是防止數(shù)據(jù)共享，防止在多個線程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。另外，有些文章中說到，可以在變量前使用 volatile 修飾，來實現(xiàn)同步機(jī)制，但這個經(jīng)過測試是不一定的，有些場景下，volatile 依舊不能保證線程安全。雖然上述是線程安全的經(jīng)驗總結(jié)，但是還是需要通過嚴(yán)格的測試進(jìn)行驗證，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

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