python多執行緒程式設計5: 條件變數同步

pythontab發表於2013-04-17
Python執行緒程式設計變數

互斥鎖是最簡單的執行緒同步機制，Python提供的Condition物件提供了對複雜執行緒同步問題的支援。Condition被稱為條件變數，除了提供與Lock類似的acquire和release方法外，還提供了wait和notify方法。執行緒首先acquire一個條件變數，然後判斷一些條件。如果條件不滿足則wait；如果條件滿足，進行一些處理改變條件後，透過notify方法通知其他執行緒，其他處於wait狀態的執行緒接到通知後會重新判斷條件。不斷的重複這一過程，從而解決複雜的同步問題。

可以認為Condition物件維護了一個鎖（Lock/RLock)和一個waiting池。執行緒透過acquire獲得Condition物件，當呼叫wait方法時，執行緒會釋放Condition內部的鎖並進入blocked狀態，同時在waiting池中記錄這個執行緒。當呼叫notify方法時，Condition物件會從waiting池中挑選一個執行緒，通知其呼叫acquire方法嘗試取到鎖。

Condition物件的建構函式可以接受一個Lock/RLock物件作為引數，如果沒有指定，則Condition物件會在內部自行建立一個RLock。

除了notify方法外，Condition物件還提供了notifyAll方法，可以通知waiting池中的所有執行緒嘗試acquire內部鎖。由於上述機制，處於waiting狀態的執行緒只能透過notify方法喚醒，所以notifyAll的作用在於防止有執行緒永遠處於沉默狀態。

演示條件變數同步的經典問題是生產者與消費者問題：假設有一群生產者(Producer)和一群消費者（Consumer）透過一個市場來互動產品。生產者的”策略“是如果市場上剩餘的產品少於1000個，那麼就生產100個產品放到市場上；而消費者的”策略“是如果市場上剩餘產品的數量多餘100個，那麼就消費3個產品。用Condition解決生產者與消費者問題的程式碼如下：

import threading
import time
 
class Producer(threading.Thread):
    def run(self):
        global count
        while True:
            if con.acquire():
                if count > 1000:
                    con.wait()
                else:
                    count = count+100
                    msg = self.name+' produce 100, count=' + str(count)
                    print msg
                    con.notify()
                con.release()
                time.sleep(1)
 
class Consumer(threading.Thread):
    def run(self):
        global count
        while True:
            if con.acquire():
                if count < 100:
                    con.wait()
                else:
                    count = count-3
                    msg = self.name+' consume 3, count='+str(count)
                    print msg
                    con.notify()
                con.release()
                time.sleep(1)
 
count = 500
con = threading.Condition()
 
def test():
    for i in range(2):
        p = Producer()
        p.start()
    for i in range(5):
        c = Consumer()
        c.start()
if __name__ == '__main__':
    test()



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