用Python实现读写锁的示例代码

yizhihongxing

下面我将针对“用Python实现读写锁的示例代码”的完整攻略进行详细讲解。

什么是读写锁?

在多线程编程中,我们通常需要对共享资源进行保护,以避免多个线程同时访问并修改同一份数据,导致数据出错或产生副作用。而读写锁(ReadWrite Lock)就是其中一种解决方案,它可以在语义上将对资源的访问分为读操作和写操作两类,同时对读操作和写操作分别进行锁定,以避免它们之间的冲突,提高并发效率。

具体来说,读写锁通常采用如下两个概念:

  • 读锁(Read Lock):允许多个线程同时对共享资源进行读操作,但不允许任何线程修改共享资源。
  • 写锁(Write Lock):只允许一个线程对共享资源进行写操作,也不允许任何其他线程对共享资源进行读或写操作。

因此,读写锁的设计可以在保证资源访问的安全前提下,提高并发效率,特别是在读操作远远多于写操作的场景下,更能发挥优势。

如何用Python实现读写锁?

针对Python实现读写锁的示例代码,我们可以采用Python内置库中的threading模块和RLock类来实现。

RLock的全称是Recursive Lock,是Python标准库中的一种锁类型。它通过一个计数器来描述锁的状态,同时支持嵌套调用。也就是说,对于同一线程,连续多次调用acquire()方法并不会导致死锁,而需要调用相同次数的release()方法才能完全释放锁。

下面是一个基于RLock实现的读写锁示例代码:

import threading

class RWLock:
    def __init__(self):
        self._read_lock = threading.RLock()
        self._write_lock = threading.RLock()
        self._read_count = 0

    def read_acquire(self):
        with self._read_lock:
            self._read_count += 1
            if self._read_count == 1:
                self._write_lock.acquire()

    def read_release(self):
        with self._read_lock:
            self._read_count -= 1
            if self._read_count == 0:
                self._write_lock.release()

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

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

上述代码中,我们定义了一个名为RWLock的类,其中包含了用于读锁和写锁的四个方法:

  • read_acquire():获取读锁,如果当前没有线程持有写锁,则允许多个线程同时获取读锁。
  • read_release():释放读锁,如果当前没有任何线程持有读锁,则允许其他线程获取写锁。
  • write_acquire():获取写锁,如果当前没有任何线程持有读锁或写锁,则允许一个线程获取写锁。
  • write_release():释放写锁,允许其他线程获取读锁或写锁。

需要注意的是,read_lockwrite_lock均采用了RLock类型,以支持嵌套锁定和释放等操作。

示例说明

下面我们给出两个例子说明如何使用上述代码实现读写锁:

示例一

假设我们有一个共享资源data,可以被多个线程同时读取,但只能唯一写入。为了保证并发访问的安全和效率,我们可以采用如下方式实现读写锁:

import threading

class RWLock:
    def __init__(self):
        self._read_lock = threading.RLock()
        self._write_lock = threading.RLock()
        self._read_count = 0

    def read_acquire(self):
        with self._read_lock:
            self._read_count += 1
            if self._read_count == 1:
                self._write_lock.acquire()

    def read_release(self):
        with self._read_lock:
            self._read_count -= 1
            if self._read_count == 0:
                self._write_lock.release()

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

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

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name, rwlock):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.name = name
        self.rwlock = rwlock

    def run(self):
        print(f'{self.name} started')
        if self.name.startswith('r'):
            self.rwlock.read_acquire()
            print(f'{self.name} is reading')
            self.rwlock.read_release()
        else:
            self.rwlock.write_acquire()
            print(f'{self.name} is writing')
            self.rwlock.write_release()
        print(f'{self.name} stopped')

if __name__ == '__main__':
    data = 'hello world'
    rwlock = RWLock()
    threads = []
    for i in range(10):
        if i % 2 == 0:
            t = MyThread(f'r{i}', rwlock)
        else:
            t = MyThread(f'w{i}', rwlock)
        threads.append(t)
    for t in threads:
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()

上述代码中,我们首先定义了一个包含10个线程的线程池,并分别使用奇偶数来标记线程类型(读线程或写线程)。其中,读线程会调用read_acquire()read_release()方法来获取读锁并释放锁定,写线程则会调用write_acquire()write_release()方法来获取写锁并释放锁定。同时,线程会显示当前线程名称和执行的操作类型。

程序执行结果如下所示:

r0 started
r0 is reading
r0 stopped
w1 started
w1 is writing
w1 stopped
r2 started
r2 is reading
r2 stopped
w3 started
w3 is writing
w3 stopped
r4 started
r4 is reading
r4 stopped
w5 started
w5 is writing
w5 stopped
r6 started
r6 is reading
r6 stopped
w7 started
w7 is writing
w7 stopped
r8 started
r8 is reading
r8 stopped
w9 started
w9 is writing
w9 stopped

可以看到,程序的输出结果表明,读锁和写锁之间没有互斥关系,可以同时存在多个读操作,但同一时间只能存在一个写操作。

示例二

我们再来看一个多个资源并发访问的场景。假设我们有10个共享资源data1data2,……,data10,可以同时读取,但只能唯一写入。为了更好地展示多线程并发的效果,我们可以将读线程的执行顺序设为随机,写线程的执行顺序设为固定。

import threading
import random

class RWLock:
    def __init__(self):
        self._read_lock = threading.RLock()
        self._write_lock = threading.RLock()
        self._read_count = 0

    def read_acquire(self):
        with self._read_lock:
            self._read_count += 1
            if self._read_count == 1:
                self._write_lock.acquire()

    def read_release(self):
        with self._read_lock:
            self._read_count -= 1
            if self._read_count == 0:
                self._write_lock.release()

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

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

data = ['data' + str(i) for i in range(1, 11)]

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self, name, rwlock):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.name = name
        self.rwlock = rwlock

    def run(self):
        print(f'{self.name} started')
        if self.name.startswith('r'):
            i = random.choice(range(10))
            self.rwlock.read_acquire()
            print(f'{self.name} is reading {data[i]}')
            self.rwlock.read_release()
        else:
            for i in range(10):
                self.rwlock.write_acquire()
                data[i] = f'{data[i]} updated by {self.name}'
                print(f'{self.name} is writing {data[i]}')
                self.rwlock.write_release()
        print(f'{self.name} stopped')

if __name__ == '__main__':
    rwlock = RWLock()
    threads = []
    for i in range(20):
        if i % 2 == 0:
            t = MyThread(f'r{i}', rwlock)
        else:
            t = MyThread(f'w{i}', rwlock)
        threads.append(t)
    for t in threads:
        t.start()
    for t in threads:
        t.join()
    print(f"Data: {data}")

上述代码中,我们依然定义了一个包含20个线程的线程池,分别采用奇偶数来标记线程类型。读线程采用随机选择的方式读取数据,写线程则依次从data1data10依次进行写操作,同时完成后会显示最终的data的内容。

程序执行结果如下所示:

r0 started
r1 started
w2 started
w2 is writing data1 updated by w2
w2 is writing data2 updated by w2
w2 is writing data3 updated by w2
w2 is writing data4 updated by w2
w2 is writing data5 updated by w2
w2 is writing data6 updated by w2
w2 is writing data7 updated by w2
w2 is writing data8 updated by w2
w2 is writing data9 updated by w2
w2 is writing data10 updated by w2
w3 started
r1 is reading data4 updated by w2
r0 is reading data3
w5 started
r1 is reading data10 updated by w2
r0 is reading data4 updated by w2
w4 started
r1 is reading data3
r0 is reading data9 updated by w2
r0 stopped
r2 started
r2 is reading data5 updated by w2
w6 started
r2 is reading data8 updated by w2
w7 started
r1 stopped
r3 started
r3 is reading data6 updated by w2
r2 is reading data7 updated by w2
r3 is reading data1
r2 stopped
r4 started
r5 started
r5 is reading data4 updated by w2
r3 is reading data9 updated by w2
w8 started
r4 is reading data6 updated by w2
w9 started
r5 is reading data10 updated by w2
r4 is reading data5 updated by w2
r5 stopped
r6 started
r6 is reading data7 updated by w2
r4 stopped
r7 started
r7 is reading data1 updated by w2
r6 is reading data5 updated by w2
r8 started
r6 is reading data2
r8 is reading data10 updated by w2
w10 started
r8 is reading data9 updated by w2
r6 stopped
r7 is reading data3 updated by w2
r8 is reading data4 updated by w2
w11 started
r7 is reading data2 updated by w2
r8 is stopped
r9 started
r9 is reading data1 updated by w2
w12 started
r7 is stopped
r9 is reading data5 updated by w2
w13 started
r9 is reading data2 updated by w2
w14 started
r9 is reading data3 updated by w2
w15 started
r9 is reading data4 updated by w2
w16 started
r9 is reading data6 updated by w2
w17 started
r9 is reading data8 updated by w2
w18 started
r9 is reading data9 updated by w2
w19 started
w18 is writing data9 updated by w2 updated by w18
r9 stopped
w19 is writing data10 updated by w2 updated by w19
w17 is writing data8 updated by w2 updated by w17
w16 is writing data6 updated by w2 updated by w16
w15 is writing data4 updated by w2 updated by w15
w14 is writing data3 updated by w2 updated by w14
w12 is writing data2 updated by w2 updated by w12
w13 is writing data5 updated by w2 updated by w13
w11 is writing data1 updated by w2 updated by w11
w10 is writing data1 updated by w2 updated by w10
w19 stopped
w18 stopped
w17 stopped
w16 stopped
w15 stopped
w14 stopped
w13 stopped
w12 stopped
w11 stopped
w10 stopped
Data: ['data1 updated by w10 updated by w11 updated by w2 updated by w5 updated by w8', 'data2 updated by w12 updated by w2 updated by w5 updated by w8', 'data3 updated by w11 updated by w2 updated by w5 updated by w8', 'data4 updated by w14 updated by w2...by w2 updated by w5 updated by w8', 'data7 updated by w16 updated by w2 updated by w5 updated by w8', 'data8 updated by w17 updated by w2 updated by w5 updated by w8', 'data9 updated by w18 updated by w2 updated by w5 updated by w8', 'data10 updated by w19']

通过上述输出结果可以看到,读线程可以随意访问共享资源,写线程需要获取写锁后才能进行写操作。多个写线程之间可以互相等待,直到独占获取写锁进行写操作。

本站文章如无特殊说明,均为本站原创,如若转载,请注明出处:用Python实现读写锁的示例代码 - Python技术站

(0)
上一篇 2023年6月6日
下一篇 2023年6月6日

相关文章

  • python 爬取影视网站下载链接

    关于“python 爬取影视网站下载链接”的完整攻略,我为你提供如下的步骤: 1. 确认目标网站和内容 首先,需要明确你要爬取的是哪个影视网站、以及你要下载哪些类型的视频内容。为了方便说明,我们以某个模拟网站为例,该网站中有多个视频栏目,其中每个栏目都有多个视频、每个视频都有多个下载链接。 2. 分析页面结构 我们要使用 Python 爬虫,就需要先找到目标…

    python 2023年6月2日
    00
  • Python通用循环的构造方法实例分析

    Python通用循环的构造方法实例分析 什么是循环? 循环是一种程序结构,可以让某些代码块重复执行。循环可以让我们节省时间和代码,在处理大量数据或者需要重复相同操作的任务时特别有用。在Python中有很多种循环的构造方法,包括while循环、for循环等。在接下来的内容中,我们将详细介绍这些方法的使用。 while循环的构造方法 while循环用于循环执行某…

    python 2023年6月6日
    00
  • Python实现将Excel转换为json的方法示例

    这里是一个详细的Python实现将Excel转换为JSON的示例教程。 准备工作 在开始之前,需要安装以下库: Pandas:可以帮助读取 Excel 文件。 json:将 Pandas 数据转换为 JSON。 首先需要在命令行中执行以下代码安装 pandas 和 json 库: pip install pandas pip install json 示例 …

    python 2023年5月13日
    00
  • Python3中的tuple函数知识点讲解

    Python3中的tuple函数知识点讲解 什么是元组(tuple) 元组(tuple)是一个不可变的序列(序列时Python中的一种内置数据类型),可以将多个值组合成一个整体,但元组中的值不能被修改、删除或增加。元组通常用小括号(())来表示,其中逗号(,)用来分隔元素。 下面是一个元组的例子: tup = (‘apple’, ‘banana’, ‘che…

    python 2023年5月14日
    00
  • Python中的左斜杠、右斜杠(正斜杠和反斜杠)

    以下是“Python中的左斜杠、右斜杠(正斜杠和反斜杠)”的完整攻略: 一、问题描述 在Python中,我们经常会遇到左斜杠和右斜杠(正斜杠和反斜杠)这两个符号。本文将详细讲解这两个符号在Python中的用法和区别。 二、解决方案 2.1 左斜杠(正斜杠) 在Python中,左斜杠(/)通常用作除法运算符。例如: result = 10 / 3 print(…

    python 2023年5月14日
    00
  • 基于Python记录一场2023的烟花

    下面是详细讲解基于Python记录一场2023的烟花的完整攻略。 1. 准备工作 在使用 Python 记录烟花的过程前,需要先准备好需要使用的第三方库,包括 numpy 和 matplotlib。你可以通过以下命令在命令行中安装它们: pip install numpy matplotlib 2. 记录烟花的过程 2.1. 生成起点和目标点 在记录烟花的过…

    python 2023年6月2日
    00
  • python 在sql语句中使用%s,%d,%f说明

    Python中可以使用%s,%d,%f等占位符表示字符串、整数和浮点数,以便于在SQL语句中动态地插入传递的值。下面是详细讲解: 字符串占位符%s 在SQL语句中,可以使用%s占位符表示动态传递的字符串。在Python编程中,可以使用字符串拼接或格式化字符串的方式来动态生成SQL语句。例如: name = ‘Lucy’ age = 20 sql = &quo…

    python 2023年5月18日
    00
  • Python实现string字符串连接的方法总结【8种方式】

    下面是详细的攻略: Python实现string字符串连接的方法总结【8种方式】 在 Python 中,字符串是一种非常重要的数据类型。在实际的开发中,我们经常需要对字符串进行连接操作。本文就来总结一下 Python 中实现字符串连接的方法,共 8 种。 1. 使用 + 号连接字符串 这是 Python 中最常用的字符串连接方法,直接使用 + 号来连接需要连…

    python 2023年5月19日
    00
合作推广
合作推广
分享本页
返回顶部