12.1、多线程：互斥锁、递归锁、信号量、事件

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互斥锁：

• 为什么要有互斥锁：由于多线程是并行的，如果某一线程取出了某一个数据将要进行操作，但它还没有那么快执行完操作，这时候如果另外一个线程也要操作这个数据，那么这个数据可能会因为两次操作而发生错误

import time,threading

x=6
def run1():
    print("run1我拿到了数据:",x)
    print("我现在还不想操作，先睡一下")
    time.sleep(3)
    print("再看一下数据，稳一稳",x)

def run2():
    global x
    print("run2我拿到了数据:", x)

    x=5
    print(x)

t1=threading.Thread(target=run1)
t2=threading.Thread(target=run2)

t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

• 而多线程的互斥锁机制本质上是：申请一个锁，A线程拿了钥匙【acquire】之后，如果B也想拿到钥匙是不行的，只有等A把钥匙还回来【release】才行
• 如何使用互斥锁：

1. 定义一个锁对象:锁对象=threading.Lock()
2. 请求锁：锁对象.acquire()
3. 释放锁:锁对象.release()

使用互斥锁来更改上段代码

import time,threading

x=6
def run1():
    lock.acquire()
    global x
    print("run1我拿到了数据,x=",x)
    print("我现在还不想操作，先睡一下")
    time.sleep(3)
    print("再看一下数据，稳一稳,x=",x)
    x+=1
    print("run1操作完毕:x=",x)
    lock.release()
def run2():
    lock.acquire()
    global x
    print("run2我拿到了数据:", x)
    x+=1
    print("run2操作完毕:x=",x)
    lock.release()

lock=threading.Lock()#生成一个锁对象
t1=threading.Thread(target=run1)
t2=threading.Thread(target=run2)

t1.start()
t2.start()
start_time=time.time()
t1.join()
t2.join()
print("最终的x=",x)
print(time.time()-start_time)#3.0多说明，由于受到锁的影响，run2要等待run1释放lock，所以变成了串行

这种互斥锁在操作系统中可以称作“临界区”，如果想了解更多：

https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%B4%E7%95%8C%E5%8C%BA/8942134?fr=aladdin

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递归锁：

• 为什么要有递归锁：互斥锁本质上是阻止其他线程进入，如果有两个需要阻止其他线程进入的操作【像两个人过独木桥】，那么需要两个锁，而想要锁上第二个如果直接用第一个锁的acquire会失败，因为第一个锁还没release，我们可以选择再定义一个互斥锁对象来acquire，但这仅仅是两层的情况下，如果多层的吧，那么就需要定义好几个互斥锁对象了【而且由于对象变多，有时候会因为互相调用锁而发生死锁】。递归锁就是为了处理这种情况，递归锁对象允许多次acquire和多次release
• 发生死锁的情况[A拿到A锁，想要拿B锁，B拿着B锁，想要A锁]

【以过独木桥为例】：桥只能容一个人通过，A只能看得到北边桥上有没有人，看不到南边桥有没有人，当他看到北边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到南边桥有没有人，B情况相反：【于是当两个人一起过桥的时候就会发生死锁】

import threading,time




"""
A只能看得到北边桥上有没有人，看不到南边桥有没有人，
当他看到北边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到南边桥有没有人
"""
def A():
    lockNorth.acquire()#拿到北边桥的锁
    print("A过桥北")
    time.sleep(3)#过桥中
    lockSorth.acquire()#企图过到南边桥，
    print("A过桥南")
    time.sleep(3)  # 过桥中
    lockSorth.release()
    lockNorth.release()
    print("A过桥成功")

"""
B只能看得到南边桥上有没有人，看不到北边桥有没有人，
当他看到南边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到北边桥有没有人
"""
def B():
    lockSorth.acquire()  # 企图过到南边桥，
    print("B过桥南")
    time.sleep(3)  # 过桥中
    lockNorth.acquire()  # 拿到北边桥的锁
    print("B过桥北")
    time.sleep(3)  # 过桥中
    lockNorth.release()
    lockSorth.release()
    print("B过桥成功")


lockNorth=threading.Lock()
lockSorth=threading.Lock()

tA=threading.Thread(target=A)
tB=threading.Thread(target=B)
tA.start()
tB.start()

tA.join()
tB.join()

• 递归锁的本质是：本质上还是一个锁，但如果在一个线程里面可以多次acquire。【因为只有一个锁，所以不会发生互相调用的死锁，而因为可以多次调用，所以可以锁多次】
• 如何使用递归锁：

1. 定义一个锁对象:递归锁对象=threading.RLock()
2. 请求锁：锁对象.acquire()
3. 释放锁:锁对象.release()

使用递归锁来解决上面的死锁问题：

import threading,time

"""
A只能看得到北边桥上有没有人，看不到南边桥有没有人，
当他看到北边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到南边桥有没有人
"""
def A():
    lock.acquire()#拿到北边桥的锁
    print("A过桥北")
    time.sleep(3)#过桥中
    lock.acquire()#企图过到南边桥，
    print("A过桥南")
    time.sleep(3)  # 过桥中
    lock.release()
    lock.release()
    print("A过桥成功")

"""
B只能看得到南边桥上有没有人，看不到北边桥有没有人，
当他看到南边桥没人就会过桥，等到他到桥中间才能看到北边桥有没有人
"""
def B():
    lock.acquire()  # 拿南桥锁，
    print("B过桥南")
    time.sleep(3)  # 过桥中
    lock.acquire()  # 企图拿北桥的锁
    print("B过桥北")
    time.sleep(3)  # 过桥中
    lock.release()
    lock.release()
    print("B过桥成功")


lock=threading.RLock()

tA=threading.Thread(target=A)
tB=threading.Thread(target=B)
tA.start()
tB.start()

tA.join()
tB.join()

【由于本质是一把锁，A拿到锁后，B要等待】

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信号量：

• 什么是信号量：

信号量可以限制进入的线程的数量。

• 如何使用信号量：

1. 创建信号量对象：信号量对象=threading.BoundedSemaphore(x)，x是限制进程的数量
2. 当有进程需要进入的时候，调用acquire()来减少信号量：信号量对象.acquire()
3. 当有进程离开的时候，调用release()来增加信号量：信号量对象.release()

import threading,time


def run():
    s.acquire()
    print("hello")
    time.sleep(1.5)
    s.release()

s=threading.BoundedSemaphore(3)#限制3个

threading_list=[]
for i in range(12):#创建12个线程
    obj=threading.Thread(target=run)
    obj.setDaemon(True)  # 设置守护线程，避免干扰主线程运行，并行等待
    obj.start()

for i in range(4):
    print("")#为了把结果分割，可以清楚看出分为了三组
    time.sleep(1.5)
#结果分为三组是因为运行的太快了，三个线程装入的时间差太小

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事件：

• 什么是事件：当发生线程发生一件事的时候如果要提醒另外一个线程，使用事件。双方共享该事件对象【等待的一方会阻塞而进行等待】，当一方更改事件对象的时候，另外一方也能知道【以读者-写者为例：读者要等写者告诉他去读才会去读，写者写完后要设置一个事件，当该事件设置时，读者就会来读】
• 如何使用事件：

1. 创建事件对象：事件对象=threading.Event()
2. 设置事件：事件对象.set()    判断事件是否set：事件对象.is_set()，等待事件set：事件对象.wait()
3. 清除事件：事件对象.clear() 

import threading,time


def read():
    while True:
        if event.is_set():
            print("事件已设置，我要读了!!!!")
            time.sleep(1)
        else:#事件未设置
            print("还没写好，我要等咯")
            event.wait()#那么就等着咯
            #如果等到了
            print("终于等到了！那么我又可以读了")
            time.sleep(1)

def write():
    event.clear()#初始设空
    while True:
        time.sleep(3)#写
        event.set()#设置事件，一旦set,那么读者wait就有返回了，读者可以继续运行了
        print("write:写好了")
        time.sleep(2)#等人读
        event.clear()#清除事件


event=threading.Event() #创建事件对象

t1=threading.Thread(target=write)
t2=threading.Thread(target=read)

t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

"""结果显示：读者确实一直在等待写者写好"""

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