了解 Python 中的多线程和锁（概念和示例）

Question

我为使用它的编程项目研究了多线程（这里是初学者...）。如果您认为我的以下陈述是正确的，或者对错误或需要更正的陈述发表评论，我将不胜感激。

锁是一个可以通过引用传递给函数、方法...的对象。然后（在本例中）函数可以使用该锁定对象引用来安全地操作数据（在本例中为变量）。它通过获取锁、修改变量然后释放锁来实现。
可以创建一个线程来定位一个函数，该函数可能会获得对锁的引用（然后实现上述内容）。
锁不保护特定变量、对象等
锁不保护或做任何事情，除非它被获取（和释放）。
因此，程序员有责任使用锁以实现所需的保护。
如果在线程 A 执行的函数内部获取锁，这 对任何其他运行线程 B 没有直接影响。线程 A 和 B 引用了同一个锁对象。
仅当线程 B 的目标函数想要获取 相同的 锁（即通过相同的引用锁对象）时，该锁已被线程 A 的目标函数获取那时，锁会影响两个线程，因为线程 B 将暂停进一步执行，直到线程 A 所针对的函数再次释放锁。
因此，锁定的锁只会暂停线程的执行，如果它的目标函数想要（并等待）自己获取完全相同的锁。因此，线程A获取锁，只能阻止线程B获取同一个锁，仅此而已。

如果我想在设置变量时使用锁来防止竞争条件，我（作为程序员）需要：

将锁传递给所有函数，这些函数的目标是要设置变量的线程和
在我设置变量之前每个函数和每次获取锁（然后释放它）。 (*)
如果我只创建一个针对函数的线程，而没有向它提供对锁定对象的引用并让它设置变量或
如果我通过目标函数具有锁定对象的线程设置变量，但在操作之前没有获取它，我将无法实现线程-变量的安全设置。

(*) 只要变量不能被其他线程访问，就应该获取锁。现在，我喜欢将其与数据库事务进行比较...我锁定数据库（~获取锁）直到我的指令集完成，然后我提交（~释放锁）。

示例如果我想创建一个class，其成员_value应该在一个线程中set -安全时尚，我会实施这两个版本之一：

    class Version1:
        def __init__(self):
            self._value:int = 0
            self._lock:threading.Lock = threading.Lock()
        
        def getValue(self) -> int:
            """Getting won't be protected in this example."""
            return self._value
        
        def setValue(self, val:int) -> None:
            """This will be made thread-safe by member lock."""
            with self._lock:
                self._value = val
            
    v1 = Version1()
    t1_1 = threading.Thread(target=v1.setValue, args=(1)).start()
    t1_2 = threading.Thread(target=v1.setValue, args=(2)).start()
    
    
    class Version2:
        def __init__(self):
            self._value:int = 0
        
        def getValue(self) -> int:
            """Getting won't be protected in this example."""
            return self._value
        
        def setValue(self, val:int, lock:threading.Lock) -> None:
            """This will be made thread-safe by injected lock."""
            with self._lock:
                self._value = val
            
    v2 = Version2()
    l = threading.Lock()
    t2_1 = threading.Thread(target=v2.setValue, args=(1, l)).start()
    t2_2 = threading.Thread(target=v2.setValue, args=(2, l)).start()

在Version1中，我作为class提供者，可以保证设置_value始终是线程安全的...
...因为在 Version2 中，我的 class 的用户可能会将不同的锁对象传递给两个生成的线程，从而使锁保护失效。
如果我想让 class 的用户自由地将 _value 的设置包含到应该以线程安全方式执行的更大的步骤集合中，我可以将 Lock 引用注入 Version1 的 __init__ 函数并将其分配给 _lock 成员。因此，class 的线程安全操作将得到保证，同时仍然允许 class 的用户为此目的使用“她自己的”锁。

0-15 的分数现在将评估我对锁的（误解）理解程度...:-D

Answer 1

使用全局变量进行锁也很常见。这取决于锁保护的是什么。
是的，虽然有点无意义。任何函数都可以使用锁，而不仅仅是作为线程目标的函数。
如果您的意思是锁与其保护的数据之间没有直接 link，那是对的。但是您可以定义一个数据结构，其中包含需要保护的值和对其锁的引用。
没错。虽然如我在3中所说，你可以定义一个数据结构来封装数据和锁。您可以将其设为 class 并让 class 方法根据需要自动获取锁。
正确。但是请参阅 4 以了解如何自动执行此操作。
正确。
正确。
正确。
如果不是全局锁则更正。
部分正确。如果您只是读取变量，您还应该经常获取锁。如果读取对象不是原子的（例如，它是一个列表并且您正在读取多个元素，或者您读取同一个标量对象可变次数并期望它是稳定的），您需要防止另一个线程在您读取时修改它正在阅读。
正确。
正确。
正确。这是我在上面 3 和 4 中描述的示例。
正确。这就是为什么 13 中的设计通常更好。
这很棘手，因为锁定的粒度需要反映所有需要保护的对象。您的 class 仅保护该变量的赋值——它会在与 caller-provided 锁关联的所有其他步骤完成之前释放锁。

了解 Python 中的多线程和锁（概念和示例）

Understanding multi-threading and locks in Python (concept and example)

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