Python線程安全實(shí)例分析

這篇文章主要介紹“Python線程安全實(shí)例分析”的相關(guān)知識(shí)，小編通過(guò)實(shí)際案例向大家展示操作過(guò)程，操作方法簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)，希望這篇“Python線程安全實(shí)例分析”文章能幫助大家解決問(wèn)題。

一、什么是線程安全？

線程安全，名字就非常直接，在多線程情況下是安全的，多線程操作上的安全。

比如一個(gè)計(jì)算加法的函數(shù)，不管是一千個(gè)還是一萬(wàn)個(gè)線程，我們希望它執(zhí)行的結(jié)果總是正確的，1+1 必須永遠(yuǎn)等于2, 而不是線程少的時(shí)候1+1 變成3或者4了。

通常我們都用線程安全來(lái)修飾一個(gè)類(lèi)，修飾一個(gè)函數(shù)：

我們會(huì)說(shuō)我設(shè)計(jì)的這個(gè)類(lèi)是線程安全的
這意味著，在多線程環(huán)境下，同時(shí)調(diào)用這個(gè)類(lèi)的函數(shù)不會(huì)出現(xiàn)函數(shù)設(shè)置預(yù)期之外的異常（上述的1+1=3的情況）

二、在Python中有哪些類(lèi)是線程安全的？

dict 和 list，tuple這些都是線程安全。

它們是被全局解釋器保障了，這個(gè)鎖：GIL（全局解釋器鎖）確保了任何時(shí)候只能有一個(gè)線程執(zhí)行相應(yīng)操作的字節(jié)碼。參考

但是這番話也是說(shuō)的不清不楚的。

現(xiàn)在我們拿轉(zhuǎn)賬來(lái)解析吧：

xuewei_account = dict()
xuewei_account['amount'] = 100

# amount為負(fù)數(shù)即是轉(zhuǎn)出金額
def transfer(money):
    xuewei_account['amount'] +=  money

如上，代碼為一個(gè)函數(shù)對(duì)jb_account（賬戶）進(jìn)行轉(zhuǎn)入金額操作。

這里用了dict類(lèi)型，GIL會(huì)保證只有一個(gè)線程操作賬戶。

下面是多個(gè)線程進(jìn)行操作的代碼：

import random
import threading
import datetime
import time

xuewei_account = dict()
xuewei_account['amount'] = 100


# amount為負(fù)數(shù)即是轉(zhuǎn)出金額
def transfer(money):
    xuewei_account['amount'] +=  money


# 創(chuàng)建4個(gè)任務(wù)給重復(fù)學(xué)委賬戶轉(zhuǎn)賬
threads = []
for i in range(200):
    t1 = threading.Thread(target=lambda: transfer(-1))
    threads.append(t1)
    t2 = threading.Thread(target=lambda: transfer(1))
    threads.append(t2)

for t in threads:
    t.start()
    
# 這次不用sleep了，用join來(lái)等待所有線程執(zhí)行完畢
# join函數(shù)必須線程start后才能調(diào)用，否則出錯(cuò)。
for t in threads:
    t.join()

print("-" * 16)
print("活躍線程數(shù):", threading.active_count())
print("活躍線程:", threading.current_thread().name)
print("學(xué)委賬戶余額：", xuewei_account)

這段代碼運(yùn)行的輸出結(jié)果正常，因?yàn)槭欠磸?fù)+1/-1，最后肯定是恢復(fù)原賬戶余額。

雖然多個(gè)線程，但是每個(gè)線程只對(duì)xuewei_account進(jìn)行一次讀寫(xiě)，這時(shí)候dict是安全的。

但是我們把賦值修改dict的操作變多之后（特別是一個(gè)線程內(nèi)反復(fù)多次獲取值然后修改），像下面的代碼：

import random
import threading
import datetime
import time

xuewei_account = dict()
xuewei_account['amount'] = 100


# amount為負(fù)數(shù)即是轉(zhuǎn)出金額
def transfer(money):
    for i in range(100000):
        xuewei_account['amount'] = xuewei_account['amount'] + money


# 創(chuàng)建400個(gè)任務(wù)重復(fù)給學(xué)委賬戶轉(zhuǎn)賬
threads = []
for i in range(200):
    t1 = threading.Thread(target=lambda: transfer(-1))
    threads.append(t1)
    t2 = threading.Thread(target=lambda: transfer(1))
    threads.append(t2)

for t in threads:
    t.start()
for t in threads:
    t.join()

print("-" * 16)
print("活躍線程數(shù):", threading.active_count())
print("活躍線程:", threading.current_thread().name)
print("學(xué)委賬戶余額：", xuewei_account)

這是某一次運(yùn)行結(jié)果（不保證每次acount的數(shù)值一樣）：

我們看到dict還是扛不住多個(gè)線程反復(fù)的寫(xiě)操作。

這里區(qū)別是：每個(gè)線程只對(duì)xuewei_account進(jìn)行大量讀寫(xiě)，雖然dict是安全的，但是多個(gè)線程中間穿插修改了account，程序方法棧出現(xiàn)操作到舊值（看下面的圖）。

主要是下面這段代碼：

xuewei_account[‘a(chǎn)mount'] += money 
# 即是 xuewei_account[‘a(chǎn)mount'] = xuewei_account[‘a(chǎn)mount']+ money

再一步抽象簡(jiǎn)化可以寫(xiě)成：

a = a + b

每個(gè)線程都執(zhí)行 +b 操作，最后a的值應(yīng)該是a+2b。

上面的操作意味這下面的情況發(fā)生了：

在某個(gè)線程中可能出現(xiàn)某一個(gè)線程T1獲取了a值 ，準(zhǔn)備加上b。

另外一個(gè)線程T2已經(jīng)完成了a+b操作，把a(bǔ)的值變成了a+b了。

但是接下來(lái)T1 拿了a的值再執(zhí)行a+b操作，把a(bǔ)的值變成a+b。

這樣就少加了一個(gè)b，本來(lái)最后結(jié)果是a+2b 的變成了 a+b（因?yàn)門(mén)1拿了a的舊值，中間T2執(zhí)行完，T1才繼續(xù)執(zhí)行）

當(dāng)然實(shí)際多線程之間交互比上圖還要隨機(jī)。

三、如何做到真正線程安全？

dict讀取數(shù)據(jù)是線程安全，但是被反復(fù)讀寫(xiě)就容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂。

如果我們要設(shè)計(jì)一個(gè)線程安全的函數(shù)，那么它必須不涉及任何共享變量或者是完全沒(méi)有狀態(tài)依賴(lài)的函數(shù)

def thread_safe_method():
    pass

1.無(wú)狀態(tài)函數(shù)

比如下面的加法函數(shù)，不管多少個(gè)線程調(diào)用，返回值永遠(yuǎn)是預(yù)期的a+b。

def add(a, b):
    return a + b

2.另一種 化繁為簡(jiǎn)

許我們可以把多線程轉(zhuǎn)換為單線程，這個(gè)需要一個(gè)線程安全的媒介。

關(guān)于“Python線程安全實(shí)例分析”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)，可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，小編每天都會(huì)為大家更新不同的知識(shí)點(diǎn)。