python - 如何在 python 中的线程之间安全地传递变量值

Question

我在 python 文档中读到 Queue.Queue() 是一种在不同线程之间传递变量的安全方法。我真的不知道多线程存在安全问题。对于我的应用程序，我需要开发多个对象，这些对象具有可以从多个不同线程访问的变量。现在我只是让线程直接访问对象变量。我不会在这里展示我的代码，因为它太多了，但这里有一个例子来演示我在做什么。

from threading import Thread
import time
import random

class switch:
    def __init__(self,id):
        self.id=id
        self.is_on = False

    def self.toggle():
        self.is_on = not self.is_on

switches = []
for i in range(5):
switches[i] = switch(i)

def record_switch():
    switch_record = {}
    while True:
        time.sleep(10)
        current = {}
        current['time'] = time.srftime(time.time())
        for i in switches:
            current[i.id] = i.is_on
        switch_record.update(current)

def toggle_switch():
    while True:
        time.sleep(random.random()*100)
        for i in switches:
            i.toggle()

toggle = Thread(target=toggle_switch(), args = ())
record = Thread(target=record_switch(), args = ())

toggle.start()
record.start()

据我了解，队列对象只能用于放置和获取值，这显然对我不起作用。我这里的东西“安全”吗？如果没有，我该如何编程才能安全地从多个不同线程访问变量？

Answer 1

每当您有线程修改其他线程可以看到的值时，您就会遇到安全问题。担心的是，当另一个线程正在修改一个值时，一个线程会尝试修改它，这具有风险和未定义的行为。所以不，您的开关切换代码不安全。

需要了解的重要一点是，更改变量的值并不能保证是原子的。如果一个 Action 是原子的，这意味着 Action 将始终在一个不间断的步骤中发生。 (这与数据库定义略有不同。)更改变量值，尤其是列表值，通常会在处理器级别执行多个步骤。当您使用线程时，在另一个线程开始工作之前，不能保证所有这些步骤同时发生。当线程 B 突然接管时，线程 A 完全有可能在更改变量 x 的过程中进行到一半。然后，如果线程 B 尝试读取变量 x，它不会找到正确的值。更糟糕的是，如果线程 B 试图修改变量 x 而线程 A 正在做同样的事情，那么可能会发生不好的事情。 只要您有一个值可以以某种方式改变的变量，对它的所有访问都需要是线程安全的。

如果您要修改变量而不是传递消息，您应该使用 Lock对象。

在你的情况下，你会在顶部有一个全局 Lock 对象:

from threading import Lock

switch_lock = Lock()

然后您将使用 acquire 和 release 函数围绕关键代码段。

    for i in switches:
        switch_lock.acquire()
        current[i.id] = i.is_on
        switch_lock.release()

    for i in switches:
        switch_lock.acquire()
        i.toggle()
        switch_lock.release()

一次只能有一个线程获取锁(无论如何都是这种锁)。当任何其他线程尝试时，它们将被阻塞并等待锁再次释放。因此，通过对代码的关键部分加锁，可以防止多个线程在任何时候查看或修改给定的开关。您可以将它放在任何您希望一次独占一个线程的代码周围。

编辑:正如 martineau 指出的那样，如果您使用的是具有锁的 Python 版本，则锁与 with 语句集成得很好。如果发生异常，这具有自动解锁的额外好处。因此，除了上面的 acquire 和 release 系统，您可以这样做:

    for i in switches:
        with switch_lock:
            i.toggle()