Python 並發程式設計中的鎖與同步：保持你的程式碼安全可靠

並發程式設計中的鎖定與同步

在並發程式設計中，多個行程或執行緒同時運行，這可能會導致資源爭用和不一致性問題。為了解決這些問題，需要使用鎖定和同步機制來協調對共享資源的存取。

鎖定的概念

#鎖是一種機制，它允許一次只有一個執行緒或程序存取共享資源。當一個執行緒或程序獲得鎖時，其他執行緒或程序將被阻止存取該資源，直到鎖被釋放。

鎖定的型別

#python 中有幾種類型的鎖定：

• 互斥鎖 (Mutex)：確保一次只有一個執行緒或程序可以存取資源。
• 條件變數：允許執行緒或行程等待某個條件，然後取得鎖定。
• 讀取寫入鎖定：允許多個執行緒同時讀取資源，但只允許一個執行緒寫入資源。

同步機制

同步機制除了使用鎖定之外，還包括其他方法來確保執行緒或進程之間的協調：

• 信號量：用來限制可以同時存取共享資源的執行緒或行程的數量。
• 事件：用來通知執行緒或行程某個事件已發生。
• 屏障：用於確保所有執行緒或進程都在繼續執行之前完成特定任務。

Python 中的鎖定與同步

為了在 Python 中實作鎖定和同步，可以使用下列模組：

• Threading：用於多執行緒程式設計
• #Multiprocessing：用於多進程編程
• #Concurrent.futures：提供了進階並發工具

範例程式碼

使用互斥鎖保護共享資源

import threading

# 创建一个互斥锁
lock = threading.Lock()

# 要保护的共享资源
shared_resource = 0

def increment_shared_resource():
global shared_resource

# 获取锁
lock.acquire()

# 临界区：对共享资源进行操作
shared_resource += 1

# 释放锁
lock.release()

使用條件變數等待特定條件

import threading
from threading import Condition

# 创建一个条件变量
cv = Condition()

# 要等待的条件
condition_met = False

def wait_for_condition():
global condition_met

# 获取锁
cv.acquire()

# 等待条件满足
while not condition_met:
cv.wait()

# 释放锁
cv.release()

使用信號量限制對資源的存取

import multiprocessing

# 创建一个信号量
semaphore = multiprocessing.Semaphore(3)

# 要访问的共享资源
shared_resource = []

def access_shared_resource():
# 获取信号量许可证
semaphore.acquire()

# 临界区：对共享资源进行操作
shared_resource.append(threading.current_thread().name)

# 释放信号量许可证
semaphore.release()

結論

在並發程式設計中，使用鎖定和同步機制至關重要。它們有助於協調對共享資源的訪問，防止競爭條件和數據不一致。透過理解不同的鎖定類型和同步機制，以及如何在 Python 中實現它們，你可以編寫安全性可靠的並發程式碼。

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