0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

如何知道你的代码是否线程安全

科技绿洲 来源:Python实用宝典 作者:Python实用宝典 2023-11-01 11:42 次阅读

在并发编程时,如果多个线程访问同一资源,我们需要保证访问的时候不会产生冲突,数据修改不会发生错误,这就是我们常说的 线程安全

那什么情况下,访问数据时是安全的?什么情况下,访问数据是不安全的?如何知道你的代码是否线程安全?要如何访问数据才能保证数据的安全?

本篇文章会一一回答你的问题。

1. 线程不安全是怎样的?

要搞清楚什么是线程安全,就要先了解线程不安全是什么样的。

比如下面这段代码,开启两个线程,对全局变量 number 各自增 10万次,每次增量 1。

from threading import Thread, Lock

number = 0

def target():
    global number
    for _ in range(1000000):
        number += 1

thread_01 = Thread(target=target)
thread_02 = Thread(target=target)
thread_01.start()
thread_02.start()

thread_01.join()
thread_02.join()

print(number)

正常我们的预期输出结果,一个线程自增100万,两个线程就自增 200 万嘛,输出肯定为 2000000 。

可事实却并不是你想的那样,不管你运行多少次,每次输出的结果都会不一样,而这些输出结果都有一个特点是,都小于 200 万。

以下是执行三次的结果

1459782
1379891
1432921

这种现象就是线程不安全,究其根因,其实是我们的操作 number += 1 ,不是原子操作,才会导致的线程不安全。

2. 什么是原子操作?

原子操作( atomic operation ),指不会被线程调度机制打断的操作,这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会切换到其他线程。

它有点类似数据库中的 事务

Python 的官方文档上,列出了一些常见原子操作

L.append(x)
L1.extend(L2)
x = L[i]
x = L.pop()
L1[i:j] = L2
L.sort()
x = y
x.field = y
D[x] = y
D1.update(D2)
D.keys()

而下面这些就不是原子操作

i = i+1
L.append(L[-1])
L[i] = L[j]
D[x] = D[x] + 1

像上面的我使用自增操作 number += 1,其实等价于 number = number + 1,可以看到这种可以拆分成多个步骤(先读取相加再赋值),并不属于原子操作。

这样就导致多个线程同时读取时,有可能读取到同一个 number 值,读取两次,却只加了一次,最终导致自增的次数小于预期。

当我们还是无法确定我们的代码是否具有原子性的时候,可以尝试通过 dis 模块里的 dis 函数来查看

图片

当我们执行这段代码时,可以看到 number += 1 这一行代码,由两条字节码实现。

  • BINARY_ADD :将两个值相加
  • STORE_GLOBAL:将相加后的值重新赋值

每一条字节码指令都是一个整体,无法分割,他实现的效果也就是我们所说的原子操作。

当一行代码被分成多条字节码指令的时候,就代表在线程线程切换时,有可能只执行了一条字节码指令,此时若这行代码里有被多个线程共享的变量或资源时,并且拆分的多条指令里有对于这个共享变量的写操作,就会发生数据的冲突,导致数据的不准确。

为了对比,我们从上面列表的原子操作拿一个出来也来试试,是不是真如官网所说的原子操作。

这里我拿字典的 update 操作举例,代码和执行过程如下图

图片

从截图里可以看到,info.update(new) 虽然也分为好几个操作

  • LOAD_GLOBAL:加载全局变量
  • LOAD_ATTR:加载属性,获取 update 方法
  • LOAD_FAST:加载 new 变量
  • CALL_FUNCTION:调用函数
  • POP_TOP:执行更新操作

但我们要知道真正会引导数据冲突的,其实不是读操作,而是写操作。

上面这么多字节码指令,写操作都只有一个( POP_TOP ),因此字典的 update 方法是原子操作。

3. 实现人工原子操作

在多线程下,我们并不能保证我们的代码都具有原子性,因此如何让我们的代码变得具有 “ 原子性 ” ,就是一件很重要的事。

方法也很简单,就是当你在访问一个多线程间共享的资源时,加锁可以实现类似原子操作的效果,一个代码要嘛不执行,执行了的话就要执行完毕,才能接受线程的调度。

因此,我们使用加锁的方法,对例子一进行一些修改,使其具备“ 原子性 ”。

from threading import Thread, Lock


number = 0
lock = Lock()


def target():
    global number
    for _ in range(1000000):
        with lock:
            number += 1

thread_01 = Thread(target=target)
thread_02 = Thread(target=target)
thread_01.start()
thread_02.start()

thread_01.join()
thread_02.join()

print(number)

此时,不管你执行多少遍,输出都是 2000000.

4. 为什么 Queue 是线程安全的?

Python 的 threading 模块里的消息通信机制主要有如下三种:

  1. Event
  2. Condition
  3. Queue

使用最多的是 Queue,而我们都知道它是线程安全的。当我们对它进行写入和提取的操作不会被中断而导致错误,这也是我们在使用队列时,不需要额外加锁的原因。

他是如何做到的呢?

其根本原因就是 Queue 实现了锁原语,因此他能像第三节那样实现人工原子操作。

原语指由若干个机器指令构成的完成某种特定功能的一段程序,具有不可分割性;即原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许被中断。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 数据
    +关注

    关注

    8

    文章

    7015

    浏览量

    88989
  • 函数
    +关注

    关注

    3

    文章

    4329

    浏览量

    62587
  • 代码
    +关注

    关注

    30

    文章

    4786

    浏览量

    68556
  • 线程安全
    +关注

    关注

    0

    文章

    13

    浏览量

    2459
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    知道最短最高效的代码是什么?

    知道最短最高效的代码是什么?我先公布我的答案,是下面这个代码片: #include int main() { printf(“Hello world!”) } 就是这个,是它
    发表于 12-01 17:16

    XC32源码和字符串线程安全

    我正在尝试我的项目的FrReTOS迁移,我想了解哪些字符串处理函数是线程安全的,或者不是线程安全的。特别是,我想看看StrudStruts,Strutk,还有一些其他的源
    发表于 11-26 16:03

    是否知道量程选择的原理呢?

    是否知道量程选择的原理呢?
    发表于 04-29 06:16

    Linux下的线程安全是什么

    Linux下的线程安全原文结构有点乱线程安全:多个执行流对临界资源进行争抢访问,而不会造成数据二义性和逻辑混乱,成这段代码的过程是
    发表于 07-01 13:34

    什么是线程安全?如何去实现线程安全

    什么是线程安全?如何去实现线程安全?互斥实现的技术是什么?有哪些注意事项?同步实现的技术是什么?其操作流程有哪些?
    发表于 07-23 09:57

    有没有人知道rt-thread的dfs+uffs是否线程安全

    有没有人知道,dfs+uffs是否线程安全?1、如A线程写A文件,同时B线程读B文件
    发表于 04-20 11:37

    A线程如何在线程本身识别变量是否改变

    阻塞获取可以解决但是这个B线程是别人代码写的。不好修改不想再增加一个线程去循环读取变量X是否改变,再释放信号量需求A线程如何在
    发表于 11-02 11:02

    Python中最常用的几种线程会用吗

    多进程编程中的一个概念,在拥有共享数据的多条线程并行执行的程序中,线程安全代码会通过同步机制保证各个线程都可以正常且正确的执行,不会出现数
    的头像 发表于 10-11 16:07 1093次阅读

    示波器的这些安全操作知道吗?

    示波器的这些安全操作知道吗?示波器维修。很多人都知道示波器是用来干什么的,也知道示波器都有哪些种类和品牌,当然也
    发表于 11-05 11:19 1698次阅读

    什么是线程安全 如何实现线程安全代码

    相信有很多同学在面对多线程代码时都会望而生畏,认为多线程代码就像一头难以驯服的怪兽,制服不了这头怪兽它就会反过来吞噬
    的头像 发表于 05-17 12:45 1618次阅读

    什么是线程线程池中线程实现复用的原理

    一般建议自定义线程工厂,构建线程的时候设置线程的名称,这样就在查日志的时候就方便知道是哪个线程执行的代码
    发表于 01-29 13:44 1748次阅读

    如何理解线程安全

    本次分享线程安全的基础知识。
    的头像 发表于 05-08 15:03 858次阅读
    如何理解<b class='flag-5'>线程</b><b class='flag-5'>安全</b>?

    什么是线程安全?如何理解线程安全

    在多线程编程中,线程安全是必须要考虑的因素。
    的头像 发表于 05-30 14:33 2072次阅读
    什么是<b class='flag-5'>线程</b><b class='flag-5'>安全</b>?如何理解<b class='flag-5'>线程</b><b class='flag-5'>安全</b>?

    线程安全怎么办

    线程安全一直是多线程开发中需要注意的地方,可以说,并发安全保证了所有的数据都安全。 1 线程
    的头像 发表于 10-10 15:00 367次阅读
    <b class='flag-5'>线程</b><b class='flag-5'>安全</b>怎么办

    redis多线程还能保证线程安全

    Redis是一种使用C语言编写的高性能键值存储系统,它是单线程的,因为使用了多路复用的方式来处理并发请求。这样的实现方式带来了很好的性能,但同时也引发了一些线程安全方面的问题。 在Redis中,由于
    的头像 发表于 12-05 10:28 1809次阅读