多线程并发--竞争问题

前言：GIL

GIL的全称是Global Interpreter Lock(全局解释器锁)，来源是python设计之初的考虑，为了数据安全所做的决定。某个线程想要执行，必须先拿到GIL，我们可以把GIL看作是“通行证”，并且在一个python进程中，GIL只有一个。拿不到通行证的线程，就不允许进入CPU执行。GIL只在cpython中才有，因为cpython调用的是c语言的原生线程，所以他不能直接操作cpu，只能利用GIL保证同一时间只能有一个线程拿到数据。而在pypy和jpython中是没有GIL的。

在python中多线程的并发只能每一刻执行一个线程，那么就会产生一个竞争资源问题，线程是共享数据的。

在这用力扣的题目解释用同步锁机制解决竞争条件

假设有一个方法 withdraw(amount)，如果请求量小于当前余额，则从当前余额中减去请求量，然后返回余额。方法定义如下：

balance = 500
def withdraw(amount):
    if (amount < balance):
        balance -= amount
    return balance

正常结果余额不能为负。但此时我用两个线程不同参数执行该方法时，如：线程1 withdraw(400)和线程2 withdraw(200)的执行流程如下图：

 

 对于这种问题，我们可以利用锁来解决，将一个线程的关键执行部分加上锁，执行完在释放。如下图

 

 在3、4步的时候，线程2执行到来关键部分所以加上来锁，因此线程1此时处于休眠状态，5、6步的时候同理。

例题：--同步锁

三个不同的线程将会共用一个 Foo 实例。

线程 A 将会调用 one() 方法
线程 B 将会调用 two() 方法
线程 C 将会调用 three() 方法
请设计修改程序，以确保 two() 方法在 one() 方法之后被执行，three() 方法在 two() 方法之后被执行。

思路：利用依赖关系，创建一个变量firstJobDone协调one()和two()之间的执行顺序，在创建一个变量secondJobDone协调two()和three()之间的执行关系

• 首先初始化共享变量 firstJobDone 和 secondJobDone，初始值表示所有方法未执行。
• 方法 first() 没有依赖关系，可以直接执行。在方法最后更新变量 firstJobDone 表示该方法执行完成。
• 方法 second() 中，检查 firstJobDone 的状态。如果未更新则进入等待状态，否则执行方法 second()。在方法末尾，更新变量 secondJobDone 表示方法 second() 执行完成。
• 方法 third() 中，检查 secondJobDone 的状态。与方法 second() 类似，执行 third() 之前，需要先等待 secondJobDone 的状态。

from threading import Lock

class Foo:
    def __init__(self):
        self.firstjobDone = Lock()
        self.secondjobDone = Lock()
        self.firstjobDone.acquire()   # 请求加锁
        self.secondjobDone.acquire()


    def first(self, printFirst: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # printFirst() outputs "first". Do not change or remove this line.
        printFirst()
        self.firstjobDone.release()   # 释放锁


    def second(self, printSecond: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # printSecond() outputs "second". Do not change or remove this line.
        with self.firstjobDone:    # 上下文管理器，可获取和释放锁
            printSecond()
            self.secondjobDone.release()


    def third(self, printThird: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # printThird() outputs "third". Do not change or remove this line.
        with self.secondjobDone:
            printThird()

题目出处：https://leetcode-cn.com/problems/print-in-order/