前言

如果你學(xué)過操作系統(tǒng)，那么對于鎖應(yīng)該不陌生。鎖的含義是線程鎖，可以用來指定某一個(gè)邏輯或者是資源同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程訪問。這個(gè)很好理解，就好像是有一個(gè)房間被一把鎖鎖住了，只有拿到鑰匙的人才能進(jìn)入。每一個(gè)人從房間門口拿到鑰匙進(jìn)入房間，出房間的時(shí)候會把鑰匙再放回到門口。這樣下一個(gè)到門口的人就可以拿到鑰匙了。這里的房間就是某一個(gè)資源或者是一段邏輯，而拿取鑰匙的人其實(shí)指的是一個(gè)線程。

加鎖的原因

我們明白了鎖的原理，不禁有了一個(gè)問題，我們?yōu)槭裁葱枰i呢，它在哪些場景當(dāng)中會用到呢？

其實(shí)它的使用場景非常廣，我們舉一個(gè)非常簡單的例子，就是淘寶買東西。我們都知道商家的庫存都是有限的，賣掉一個(gè)少一個(gè)。假如說當(dāng)前某個(gè)商品庫存只剩下一個(gè)，但當(dāng)下卻有兩個(gè)人同時(shí)購買。兩個(gè)人同時(shí)購買也就是有兩個(gè)請求同時(shí)發(fā)起購買請求，如果我們不加鎖的話，兩個(gè)線程同時(shí)查詢到商品的庫存是1，大于0，進(jìn)行購買邏輯之后，同時(shí)減一。由于兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，所以最后商品的庫存會變成-1。

顯然商品的庫存不應(yīng)該是一個(gè)負(fù)數(shù)，所以我們需要避免這種情況發(fā)生。通過加鎖可以完美解決這個(gè)問題。我們規(guī)定一次只能有一個(gè)線程發(fā)起購買的請求，那么這樣當(dāng)一個(gè)線程將庫存減到0的時(shí)候，第二個(gè)請求就無法修改了，就保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

代碼實(shí)現(xiàn)

那么在Python當(dāng)中，我們怎么樣來實(shí)現(xiàn)這個(gè)鎖呢？

其實(shí)很簡單，threading庫當(dāng)中已經(jīng)為我們提供了線程的工具，我們直接拿過來用就可以了。我們通過使用threading當(dāng)中的Lock對象， 可以很輕易的實(shí)現(xiàn)方法加鎖的功能。

import threading
class PurchaseRequest:
    '''
    初始化庫存與鎖
    '''
    def __init__(self, initial_value = 0):
        self._value = initial_value
        self._lock = threading.Lock()

    def incr(self,delta=1):
        '''
        加庫存
        '''
        self._lock.acquire()
        self._value += delta
        self._lock.release()

    def decr(self,delta=1):
        '''
        減庫存
        '''
        self._lock.acquire()
        self._value -= delta
        self._lock.release()

我們從代碼當(dāng)中就可以很輕易的看出Lock這個(gè)對象的使用方法，我們在進(jìn)入加鎖區(qū)（資源搶占區(qū)）之前，我們需要先使用lock.acquire()方法獲取鎖。Lock對象可以保證同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程獲取鎖，只有獲取了鎖之后才會繼續(xù)往下執(zhí)行。當(dāng)我們執(zhí)行完成之后，我們需要把鎖“放回門口”，所以需要再調(diào)用一下release方法，表示鎖的釋放。

這里有一個(gè)小問題是很多程序員在編程的時(shí)候總是會忘記release，導(dǎo)致不必要的bug，而且這種分布式場景當(dāng)中的bug很難通過測試發(fā)現(xiàn)。因?yàn)闇y試的時(shí)候往往很難測試并發(fā)場景，code review的時(shí)候也很容易忽略，因此一旦泄露了還是挺難發(fā)現(xiàn)的。

為了解決這個(gè)問題，Lock還提供了一種改進(jìn)的用法，就是使用with語句。with語句我們之前在使用文件的時(shí)候用到過，使用with可以替我們完成try catch以及資源回收等工作，我們只管用就完事了。這里也是一樣，使用with之后我們就可以不用管鎖的申請和釋放了，直接寫代碼就行，所以上面的代碼可以改寫成這樣：

import threading

class PurchaseRequest:
    '''
    初始化庫存與鎖
    '''
    def __init__(self, initial_value = 0):
        self._value = initial_value
        self._lock = threading.Lock()

    def incr(self,delta=1):
        '''
        加庫存
        '''
  with self._lock:
         self._value += delta

    def decr(self,delta=1):
        '''
        減庫存
        '''
        with self._lock:
         self._value -= delta

這樣看起來是不是清爽很多？

可重入鎖

上面介紹的只是最簡單的鎖，我們經(jīng)常使用的往往是可重入鎖。

什么叫可重入鎖呢？簡單解釋一下，就是在一個(gè)線程已經(jīng)持有了鎖的情況下，它可以再次進(jìn)入被加鎖的區(qū)域。但是既然線程還持有鎖沒有釋放，那么它不應(yīng)該還是在加鎖區(qū)域嗎，怎么會有需要再次進(jìn)入被加鎖區(qū)域的情況呢？其實(shí)是有的，道理也很簡單，就是遞歸。

我們把上面的例子稍微改一點(diǎn)點(diǎn)，就完全不一樣了。

import threading
class PurchaseRequest:
    '''
    初始化庫存與鎖
    '''
    def __init__(self, initial_value = 0):
        self._value = initial_value
        self._lock = threading.Lock()

    def incr(self,delta=1):
        '''
        加庫存
        '''
  with self._lock:
         self._value += delta

    def decr(self,delta=1):
        '''
        減庫存
        '''
        with self._lock:
         self.incr(-delta)

我們關(guān)注一下上面的decr方法，我們用incr來代替了原本的邏輯實(shí)現(xiàn)了decr。但是有一個(gè)問題是decr也是一個(gè)加鎖的方法，需要前一個(gè)鎖釋放了才能進(jìn)入。但它已經(jīng)持有了鎖了，那么這種情況下就會發(fā)生死鎖。

我們只需要把Lock換成可重入鎖就可以解決這個(gè)問題，只需要修改一行代碼。

import threading

class PurchaseRequest:
    '''
    初始化庫存與鎖
    我們使用RLock代替了Lock，也可重入鎖代替了普通鎖
    '''
    def __init__(self, initial_value = 0):
        self._value = initial_value
        self._lock = threading.RLock()

    def incr(self,delta=1):
        '''
        加庫存
        '''
  with self._lock:
         self._value += delta

    def decr(self,delta=1):
        '''
        減庫存
        '''
        with self._lock:
         self.incr(-delta)

總結(jié)

文章介紹了Python當(dāng)中鎖的使用方法，以及可重入鎖的概念。在并發(fā)場景下開發(fā)和調(diào)試都是一個(gè)比較困難的工作，稍微不小心就會踩到各種各樣的坑，死鎖只是其中一種比較常見并且比較容易解決的問題，除此之外還有很多其他各種各樣的問題。