Python读写锁实现实现代码解析


Posted in Python onNovember 28, 2020

起步

Python 提供的多线程模型中并没有提供读写锁,读写锁相对于单纯的互斥锁,适用性更高,可以多个线程同时占用读模式的读写锁,但是只能一个线程占用写模式的读写锁。

通俗点说就是当没有写锁时,就可以加读锁且任意线程可以同时加;而写锁只能有一个线程,且必须在没有读锁时才能加上。

简单的实现

import threading

class RWlock(object):
  def __init__(self):
    self._lock = threading.Lock()
    self._extra = threading.Lock()
    self.read_num = 0

  def read_acquire(self):
    with self._extra:
      self.read_num += 1
      if self.read_num == 1:
        self._lock.acquire()

  def read_release(self):
    with self._extra:
      self.read_num -= 1
      if self.read_num == 0:
        self._lock.release()

  def write_acquire(self):
    self._lock.acquire()

  def write_release(self):
    self._lock.release()

这是读写锁的一个简单的实现,self.read_num 用来保存获得读锁的线程数,这个属性属于临界区,对其操作也要加锁,所以这里需要一个保护内部数据的额外的锁 self._extra 。

但是这个锁是不公平的。理想情况下,线程获得所的机会应该是一样的,不管线程是读操作还是写操作。而从上述代码可以看到,读请求都会立即设置 self.read_num += 1,不管有没有获得锁,而写请求想要获得锁还得等待 read_num 为 0 。

所以这个就造成了只有锁没有被占用或者没有读请求时,可以获得写权限。我们应该想办法避免读模式锁长期占用。

读写锁的优先级

读写锁也有分 读优先 和 写优先。上面的代码就属于读优先。

如果要改成写优先,那就换成去记录写线程的引用计数,读和写在同时竞争时,可以让写线程增加写的计数,这样可使读线程的读锁一直获取不到, 因为读线程要先判断写的引用计数,若不为0,则等待其为 0,然后进行读。这部分代码不罗列了。

但这样显然不够灵活。我们不需要两个相似的读写锁类。我们希望重构我们代码,使它更强大。

改进

为了能够满足自定义优先级的读写锁,要记录等待的读写线程数,并且需要两个条件 threading.Condition 用来处理哪方优先的通知。计数引用可以扩大语义:正数:表示正在读操作的线程数,负数:表示正在写操作的线程数(最多-1)

在获取读操作时,先然后判断时候有等待的写线程,没有,进行读操作,有,则等待读的计数加 1 后等待 Condition 通知;等待读的计数减 1,计数引用加 1,继续读操作,若条件不成立,循环等待;

在获取写操作时,若锁没有被占用,引用计数减 1,若被占用,等待写线程数加 1,等待写条件 Condition 的通知。

读模式和写模式的释放都是一样,需要根据判断去通知对应的 Condition:

class RWLock(object):
  def __init__(self):
    self.lock = threading.Lock()
    self.rcond = threading.Condition(self.lock)
    self.wcond = threading.Condition(self.lock)
    self.read_waiter = 0  # 等待获取读锁的线程数
    self.write_waiter = 0  # 等待获取写锁的线程数
    self.state = 0     # 正数:表示正在读操作的线程数  负数:表示正在写操作的线程数(最多-1)
    self.owners = []    # 正在操作的线程id集合
    self.write_first = True # 默认写优先,False表示读优先

  def write_acquire(self, blocking=True):
    # 获取写锁只有当
    me = threading.get_ident()
    with self.lock:
      while not self._write_acquire(me):
        if not blocking:
          return False
        self.write_waiter += 1
        self.wcond.wait()
        self.write_waiter -= 1
    return True

  def _write_acquire(self, me):
    # 获取写锁只有当锁没人占用,或者当前线程已经占用
    if self.state == 0 or (self.state < 0 and me in self.owners):
      self.state -= 1
      self.owners.append(me)
      return True
    if self.state > 0 and me in self.owners:
      raise RuntimeError('cannot recursively wrlock a rdlocked lock')
    return False

  def read_acquire(self, blocking=True):
    me = threading.get_ident()
    with self.lock:
      while not self._read_acquire(me):
        if not blocking:
          return False
        self.read_waiter += 1
        self.rcond.wait()
        self.read_waiter -= 1
    return True

  def _read_acquire(self, me):
    if self.state < 0:
      # 如果锁被写锁占用
      return False

    if not self.write_waiter:
      ok = True
    else:
      ok = me in self.owners
    if ok or not self.write_first:
      self.state += 1
      self.owners.append(me)
      return True
    return False

  def unlock(self):
    me = threading.get_ident()
    with self.lock:
      try:
        self.owners.remove(me)
      except ValueError:
        raise RuntimeError('cannot release un-acquired lock')

      if self.state > 0:
        self.state -= 1
      else:
        self.state += 1
      if not self.state:
        if self.write_waiter and self.write_first:  # 如果有写操作在等待(默认写优先)
          self.wcond.notify()
        elif self.read_waiter:
          self.rcond.notify_all()
        elif self.write_waiter:
          self.wcond.notify()

  read_release = unlock
  write_release = unlock

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
python单线程实现多个定时器示例
Mar 30 Python
详解Python中的元组与逻辑运算符
Oct 13 Python
Python使用pygame模块编写俄罗斯方块游戏的代码实例
Dec 08 Python
使用python生成目录树
Mar 29 Python
Python 创建空的list,以及append用法讲解
May 04 Python
pandas 根据列的值选取所有行的示例
Nov 07 Python
在python中获取div的文本内容并和想定结果进行对比详解
Jan 02 Python
在Python中字典根据多项规则排序的方法
Jan 21 Python
Python中断多重循环的几种方式详解
Feb 10 Python
python实现ssh及sftp功能(实例代码)
Mar 16 Python
Tensorflow tf.nn.depthwise_conv2d如何实现深度卷积的
Apr 20 Python
python创建字典及相关管理操作
Apr 13 Python
python解压zip包中文乱码解决方法
Nov 27 #Python
python 实现控制鼠标键盘
Nov 27 #Python
Python模拟键盘输入自动登录TGP
Nov 27 #Python
python操作toml文件的示例代码
Nov 27 #Python
Python GUI库Tkiner使用方法代码示例
Nov 27 #Python
Python爬虫爬取有道实现翻译功能
Nov 27 #Python
python爬虫中采集中遇到的问题整理
Nov 27 #Python
You might like
PhpMyAdmin中无法导入sql文件的解决办法
2010/01/08 PHP
PHP设计模式之结构模式的深入解析
2013/06/13 PHP
PHP多进程通信-消息队列使用
2019/03/08 PHP
PHP设计模式之观察者模式定义与用法分析
2019/04/04 PHP
基于jquery的仿百度的鼠标移入图片抖动效果
2010/09/17 Javascript
javascript 冒泡排序 正序和倒序实现代码
2010/12/14 Javascript
判断对象是否Window的实现代码
2012/01/10 Javascript
JavaScript中数组对象的那些自带方法介绍
2013/03/12 Javascript
基于javascript的JSON格式页面展示美化方法
2014/07/02 Javascript
Javascript实现颜色rgb与16进制转换的方法
2015/04/18 Javascript
js实现网页收藏功能
2015/12/17 Javascript
浅析AngularJS Filter用法
2015/12/28 Javascript
JavaScript学习笔记之取数组中最大值和最小值
2016/03/23 Javascript
浅析javascript异步执行函数导致的变量变化问题解决思路
2016/05/13 Javascript
jQuery实现点击查看大图并以弹框的形式居中
2016/08/08 Javascript
js实现二级导航功能
2017/03/03 Javascript
原生js实现验证码功能
2017/03/16 Javascript
vue+axios 前端实现的常用拦截的代码示例
2018/08/23 Javascript
解决layui数据表格Date日期格式的回显Object的问题
2019/09/19 Javascript
JavaScript实现HSL拾色器
2020/05/21 Javascript
Python实现选择排序
2017/06/04 Python
详解Python的hasattr() getattr() setattr() 函数使用方法
2018/07/09 Python
python tkinter界面居中显示的方法
2018/10/11 Python
python getpass实现密文实例详解
2019/09/24 Python
Tensorflow设置显存自适应,显存比例的操作
2020/02/03 Python
pycharm 实现本地写代码,服务器运行的操作
2020/06/08 Python
Python脚本实现Zabbix多行日志监控过程解析
2020/08/26 Python
CSS3 please 跨浏览器的CSS3产生器
2010/03/14 HTML / CSS
AutoShack.com加拿大:北美主要的汽车零部件零售商
2019/07/24 全球购物
就业表自我评价分享
2014/02/06 职场文书
公司建议书怎么写
2014/05/15 职场文书
经典演讲稿开场白
2014/08/25 职场文书
党员干部观看《周恩来四个昼夜》思想汇报
2014/09/10 职场文书
2014各大专业毕业生自我评价
2014/09/17 职场文书
2015新学期开学寄语
2015/02/26 职场文书
Java由浅入深通关抽象类与接口(上篇)
2022/04/26 Java/Android