問(wèn)題
你正在寫一個(gè)多線程程序，其中線程需要一次獲取多個(gè)鎖，此時(shí)如何避免死鎖問(wèn)題。
解決方案
在多線程程序中，死鎖問(wèn)題很大一部分是由于線程同時(shí)獲取多個(gè)鎖造成的。舉個(gè)例子：一個(gè)線程獲取了第一個(gè)鎖，然后在獲取第二個(gè)鎖的 時(shí)候發(fā)生阻塞，那么這個(gè)線程就可能阻塞其他線程的執(zhí)行，從而導(dǎo)致整個(gè)程序假死。 解決死鎖問(wèn)題的一種方案是為程序中的每一個(gè)鎖分配一個(gè)唯一的id，然后只允許按照升序規(guī)則來(lái)使用多個(gè)鎖，這個(gè)規(guī)則使用上下文管理器 是非常容易實(shí)現(xiàn)的，示例如下：
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import threadingfrom contextlib import contextmanager# Thread-local state to stored information on locks already acquired_local = threading.local()@contextmanagerdef acquire(*locks): # Sort locks by object identifier locks = sorted(locks, key=lambda x: id(x)) # Make sure lock order of previously acquired locks is not violated acquired = getattr(_local,'acquired',[]) if acquired and max(id(lock) for lock in acquired) >= id(locks[0]): raise RuntimeError('Lock Order Violation') # Acquire all of the locks acquired.extend(locks) _local.acquired = acquired try: for lock in locks: lock.acquire() yield finally: # Release locks in reverse order of acquisition for lock in reversed(locks): lock.release() del acquired[-len(locks):] |
如何使用這個(gè)上下文管理器呢？你可以按照正常途徑創(chuàng)建一個(gè)鎖對(duì)象，但不論是單個(gè)鎖還是多個(gè)鎖中都使用 acquire() 函數(shù)來(lái)申請(qǐng)鎖， 示例如下：
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import threadingx_lock = threading.Lock()y_lock = threading.Lock()def thread_1(): while True: with acquire(x_lock, y_lock): print('Thread-1')def thread_2(): while True: with acquire(y_lock, x_lock): print('Thread-2')t1 = threading.Thread(target=thread_1)t1.daemon = Truet1.start()t2 = threading.Thread(target=thread_2)t2.daemon = Truet2.start() |
如果你執(zhí)行這段代碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它即使在不同的函數(shù)中以不同的順序獲取鎖也沒(méi)有發(fā)生死鎖。 其關(guān)鍵在于，在第一段代碼中，我們對(duì)這些鎖進(jìn)行了排序。通過(guò)排序，使得不管用戶以什么樣的順序來(lái)請(qǐng)求鎖，這些鎖都會(huì)按照固定的順序被獲取。 如果有多個(gè) acquire() 操作被嵌套調(diào)用，可以通過(guò)線程本地存儲(chǔ)（TLS）來(lái)檢測(cè)潛在的死鎖問(wèn)題。 假設(shè)你的代碼是這樣寫的：
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import threadingx_lock = threading.Lock()y_lock = threading.Lock()def thread_1(): while True: with acquire(x_lock): with acquire(y_lock): print('Thread-1')def thread_2(): while True: with acquire(y_lock): with acquire(x_lock): print('Thread-2')t1 = threading.Thread(target=thread_1)t1.daemon = Truet1.start()t2 = threading.Thread(target=thread_2)t2.daemon = Truet2.start() |
如果你運(yùn)行這個(gè)版本的代碼，必定會(huì)有一個(gè)線程發(fā)生崩潰，異常信息可能像這樣：
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Exception in thread Thread-1:Traceback (most recent call last): File "/usr/local/lib/python3.3/threading.py", line 639, in _bootstrap_inner self.run() File "/usr/local/lib/python3.3/threading.py", line 596, in run self._target(*self._args, **self._kwargs) File "deadlock.py", line 49, in thread_1 with acquire(y_lock): File "/usr/local/lib/python3.3/contextlib.py", line 48, in __enter__ return next(self.gen) File "deadlock.py", line 15, in acquire raise RuntimeError("Lock Order Violation")RuntimeError: Lock Order Violation>>> |
發(fā)生崩潰的原因在于，每個(gè)線程都記錄著自己已經(jīng)獲取到的鎖。 acquire() 函數(shù)會(huì)檢查之前已經(jīng)獲取的鎖列表， 由于鎖是按照升序排列獲取的，所以函數(shù)會(huì)認(rèn)為之前已獲取的鎖的id必定小于新申請(qǐng)到的鎖，這時(shí)就會(huì)觸發(fā)異常。
討論
死鎖是每一個(gè)多線程程序都會(huì)面臨的一個(gè)問(wèn)題（就像它是每一本操作系統(tǒng)課本的共同話題一樣）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，盡可能保證每一個(gè) 線程只能同時(shí)保持一個(gè)鎖，這樣程序就不會(huì)被死鎖問(wèn)題所困擾。一旦有線程同時(shí)申請(qǐng)多個(gè)鎖，一切就不可預(yù)料了。
死鎖的檢測(cè)與恢復(fù)是一個(gè)幾乎沒(méi)有優(yōu)雅的解決方案的擴(kuò)展話題。一個(gè)比較常用的死鎖檢測(cè)與恢復(fù)的方案是引入看門狗計(jì)數(shù)器。當(dāng)線程正常 運(yùn)行的時(shí)候會(huì)每隔一段時(shí)間重置計(jì)數(shù)器，在沒(méi)有發(fā)生死鎖的情況下，一切都正常進(jìn)行。一旦發(fā)生死鎖，由于無(wú)法重置計(jì)數(shù)器導(dǎo)致定時(shí)器 超時(shí)，這時(shí)程序會(huì)通過(guò)重啟自身恢復(fù)到正常狀態(tài)。
避免死鎖是另外一種解決死鎖問(wèn)題的方式，在進(jìn)程獲取鎖的時(shí)候會(huì)嚴(yán)格按照對(duì)象id升序排列獲取，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)證明，這樣保證程序不會(huì)進(jìn)入 死鎖狀態(tài)。證明就留給讀者作為練習(xí)了。避免死鎖的主要思想是，單純地按照對(duì)象id遞增的順序加鎖不會(huì)產(chǎn)生循環(huán)依賴，而循環(huán)依賴是 死鎖的一個(gè)必要條件，從而避免程序進(jìn)入死鎖狀態(tài)。
下面以一個(gè)關(guān)于線程死鎖的經(jīng)典問(wèn)題：“哲學(xué)家就餐問(wèn)題”，作為本節(jié)最后一個(gè)例子。題目是這樣的：五位哲學(xué)家圍坐在一張桌子前，每個(gè)人 面前有一碗飯和一只筷子。在這里每個(gè)哲學(xué)家可以看做是一個(gè)獨(dú)立的線程，而每只筷子可以看做是一個(gè)鎖。每個(gè)哲學(xué)家可以處在靜坐、 思考、吃飯三種狀態(tài)中的一個(gè)。需要注意的是，每個(gè)哲學(xué)家吃飯是需要兩只筷子的，這樣問(wèn)題就來(lái)了：如果每個(gè)哲學(xué)家都拿起自己左邊的筷子， 那么他們五個(gè)都只能拿著一只筷子坐在那兒，直到餓死。此時(shí)他們就進(jìn)入了死鎖狀態(tài)。 下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用死鎖避免機(jī)制解決“哲學(xué)家就餐問(wèn)題”的實(shí)現(xiàn)：
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import threading# The philosopher threaddef philosopher(left, right): while True: with acquire(left,right): print(threading.currentThread(), 'eating')# The chopsticks (represented by locks)NSTICKS = 5chopsticks = [threading.Lock() for n in range(NSTICKS)]# Create all of the philosophersfor n in range(NSTICKS): t = threading.Thread(target=philosopher, args=(chopsticks[n],chopsticks[(n+1) % NSTICKS])) t.start() |
最后，要特別注意到，為了避免死鎖，所有的加鎖操作必須使用 acquire() 函數(shù)。如果代碼中的某部分繞過(guò)acquire 函數(shù)直接申請(qǐng)鎖，那么整個(gè)死鎖避免機(jī)制就不起作用了。
以上就是Python 防止死鎖的方法的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python 防止死鎖的資料請(qǐng)關(guān)注服務(wù)器之家其它相關(guān)文章！
原文鏈接：https://python3-cookbook.readthedocs.io/zh_CN/latest/c12/p05_locking_with_deadlock_avoidance.html
