Python 線程中控制資源的訪問

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前言

在多線程場景中，除了同步線程操作，還有一點很重要，那就是要能夠控制對共享資源的訪問，從而避免破壞或丟失數據。Python的內置數據結構（列表、字典等）是線程安全的， 這是Python使用原子字節碼來管理這些數據結構的一個副作用（更新數據結構過程中不會釋放GIL）。而Python中其他數據結構或更簡單的類型則沒有這個保護。要安全的訪問一個對象，可以使用Lock對象。
假設這樣一個場景：兩個人同時在一個銀行賬戶取錢，余額不足是取不出來的，如果不對賬戶余額（共享資源）進行訪問控制，會出現什麼情況呢？看下邊的代碼示例

代碼展示

沒有對余額進行訪問控制的情況

import time
import logging
from threading import Thread, Barrier, Lock
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, format='%(threadName)s-%(asctime)s-%(message)s')
class Account:
def __init__(self):
self.balance = 100 # 余額
def get_money(self, v):
if self.balance >= v:
logging.debug('正在出鈔：%d 元，請稍後...', v)
time.sleep(1)
self.balance -= v
logging.debug('余額：%d 元', self.balance)
else:
logging.debug('余額不足：%d 元', self.balance)
def get_money(b: Account, v: int):
b.get_money(v)
if __name__ == '__main__':
b = Account()
t1 = Thread(target=get_money, args=(b, 50))
t2 = Thread(target=get_money, args=(b, 60))
t1.start()
t2.start()

余額總共100元，線程1取50， 線程2取60， 結果：

Thread-1-2022-06-27 11:10:34,009-正在出鈔：50 元，請稍後...
Thread-2-2022-06-27 11:10:34,010-正在出鈔：60 元，請稍後...
Thread-2-2022-06-27 11:10:35,024-余額：40 元
Thread-1-2022-06-27 11:10:35,024-余額：-10 元

很明顯，這並不是我們期望看到的結果。我們需要對余額進行訪問控制，保證同一時刻只有一個線程對余額進行修改
對余額進行訪問控制的情況

def get_money(self, v):
self.lock.acquire()
if self.balance >= v:
logging.debug('正在出鈔：%d 元，請稍後...', v)
time.sleep(1)
self.balance -= v
logging.debug('余額：%d 元', self.balance)
else:
logging.debug('余額不足：%d 元', self.balance)
self.lock.release()

結果如下，符合我們的預期

Thread-1-2022-06-27 11:29:14,400-正在出鈔：50 元，請稍後...
Thread-1-2022-06-27 11:29:15,403-余額：50 元
Thread-2-2022-06-27 11:29:15,403-余額不足：賬戶只有 50 元