Python线程信号量Semaphore使用解析

什么是Semaphore

Semaphore（信号量）是一种用作多进程或多线程中，管理并发访问的计数器。Semaphore保持一个指定的最大计数值和一个内部计数器。当一个线程请求semaphore时，内部计数器减去1。当一个线程释放semaphore时，内部计数器加上1。内部计数器不能小于0，否则线程阻塞等待。

Semaphore主要用于控制对于共享资源的访问，避免资源访问冲突而发生意外的结果。

Python中，Semaphore属于threading模块。

Semaphore使用方法

Semaphore的使用非常简单，主要分为两步：

1. 定义Semaphore对象。

2. 通过acquire()和release()方法，控制Semaphore的使用。

定义Semaphore对象

Semaphore对象的定义方式如下所示：

import threading
semaphore = threading.Semaphore(num)

其中，num为信号量的初始值。

acquire()方法

Semphore对象的acquire()方法是用于获取Semaphore的计数器的一个值。

在使用Semaphore时，我们可以通过调用Semphore的acquire()方法，去获取Semaphore的计数器的一个值。如果Semaphore的计数器的值>0，则此线程可以正常访问共享资源。如果Semaphore的计数器的值<=0，则此线程会阻塞，等待其他线程释放Semaphore。

Semaphore的acquire()方法有一个默认参数，叫blocing。如果blocing=True（默认情况下），当Semaphore被占用时，调用acquire()方法的线程会被阻塞，直到Semaphore被释放。如果blocing=False，则acquire()方法会直接返回，而不会等待Semaphore的释放。

举个例子：如果我们定义了一个Semaphore对象，其初始值为10。当同一时刻有5个线程尝试去获取Semaphore时，Semaphore的计数器就会减5，计数器的值变为5。由于Semaphore的计数器的值大于0，那么这5个线程都可以正常访问共享资源。其他线程再尝试获取Semaphore时，Semaphore的计数器就会继续减1，如果计数器的值<=0，这个线程就会被阻塞，直到Semaphore被释放。

下面是一个示例：

import threading
import time

semaphore = threading.Semaphore(5)

def worker(i):
    semaphore.acquire()
    print("Worker %d acquired semphore." % i)
    time.sleep(2)
    semaphore.release()
    print("Worker %d released semphore." % i)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=worker, args=(i,))
    t.start()

示例说明：上述示例中，我们定义了一个Semaphore对象，初始化值为5。在worker()函数中，我们使用Semaphore对象的acquire()和release()方法，来控制Semaphore的使用。在for循环中，我们启动了10个线程，每个线程都会调用worker()函数。由于Semaphore的初始值是5，所以同一时刻只有5个线程能够获取Semaphore，而其他线程就会被阻塞。当5个线程中的某个线程释放Semaphore后，其他线程才有机会获取Semaphore。运行示例后，我们可以看到10个线程以一定的顺序运行，其中每一批同时运行的线程不超过5个。

release()方法

Semaphore对象的release()方法是用于释放Semaphore的计数器的一个值。

在使用Semaphore时，我们可以通过调用Semphore的release()方法，释放Semaphore的计数器的一个值。释放Semaphore的计数器的值+1。此时，如果Semaphore的计数器的值<=0，那么等待Semaphore的线程就会有机会获取Semaphore，从而继续访问共享资源。

Semaphore的release()方法没有默认参数，调用时不需要传入参数。

下面是一个示例：

import threading
import time

semaphore = threading.Semaphore(2)

def worker(i):
    print("Worker %d waiting for semphore." % i)
    semaphore.acquire()
    print("Worker %d acquired semphore." % i)
    time.sleep(2)
    semaphore.release()
    print("Worker %d released semphore." % i)

for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker, args=(i,))
    t.start()

示例说明：上述示例中，我们定义了一个Semaphore对象，初始化值为2。在worker()函数中，我们使用Semaphore对象的acquire()和release()方法，来控制Semaphore的使用。在for循环中，我们启动了5个线程，每个线程都会调用worker()函数。由于Semaphore的初始值是2，所以同一时刻只有2个线程能够获取Semaphore，而其他线程就会被阻塞。当2个线程中的某个线程释放Semaphore后，其他线程才有机会获取Semaphore。运行示例后，我们可以看到5个线程以一定的顺序运行，其中每一批同时运行的线程不超过2个。