并发编程（六）线程安全问题以及lock解决方案

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- - - - 线程安全概念介绍
        
        Lock用于解决线程安全问题
        
        示例

线程安全概念介绍

线程安全是指某个函数、函数库在多线程环境被调用时，能够正确地处理多个线程之间的共享变量，使程序功能正确完成。

线程不安全是指由于线程的执行随时会发生切换，就造成了不可预料的结果，出现线程不安全。

# account:银行账户
# amount取钱金额
def draw(account, amount):
    if account.balance >= amount:
        account.balance -= amount

以上是一个取钱的一个函数方法，那如果将其放在多线程中会出现什么情况？（手机和银行同时取钱~）
假设该账户有1000元，此时两个线程A、B同时执行取钱任务，取800块钱。首先执行线程A判断1000大于800进入if判断，这时突然进行了线程切换，线程B开始执行，也判断1000大于800进入if判断。这时，再次切换到线程A，因为它已经进入if判断所以直接执行取钱就是1000-800。线程A结束后，线程B继续，因为它也已经进入if判断，所以它也会直接减去800,200-800=-600，就会出现bug造成很大的损失。而这种情况就是线程不安全问题，那么，该怎么解决这个问题呢？

Lock用于解决线程安全问题

从上文中我们已经简单了解线程不安全的问题，也遗留了怎么解决线程安全问题的问题。接下来，我们就通过两个方法来解决这个问题。

方法一：try-finally模式

# 导包
import threading

# 创建锁
lock = threading.Lock()

# 上锁
lock.acquire()
# 开始执行任务
try:
	#do something
    pass
# 执行完成之后释放锁
finally:
    lock.release()

方法二：with模式

# 导包
import threading

# 创建锁
lock = threading.Lock()

# 上锁执行任务，完成后释放锁
with lock:
	#do something

方法二是方法一的简写~

示例

在上文中我们提到了银行取钱的问题，接下来我就以银行取钱的代码为例来进行示例。

首先是不加lock的情况

# 导包
import threading
import time

# 银行账户类
class Account:
    def __init__(self, balance):
        self.balance = balance

# 取钱方法
def draw(account, amount):
    if account.balance >= amount:
        # 进行时间睡眠，是为了进行线程切换
        time.sleep(0.1)
        print(threading.current_thread().name, "取钱成功")
        account.balance -= amount
        print(threading.current_thread().name, "余额", account.balance)
    else:
        print(threading.current_thread().name, "取钱失败，余额不足，剩余", account.balance)


if __name__ == '__main__':
    account = Account(1000)
    # 创建两个线程进行取钱
    ta = threading.Thread(target=draw, args=(account, 800), name='ta')
    tb = threading.Thread(target=draw, args=(account, 800), name='tb')

    ta.start()
    tb.start()
    
'''
output:
tb 取钱成功
tb 余额 200
ta 取钱成功
ta 余额 -600
'''

接下来，我们在上面的程序中修改，加锁

# 导包
import threading
import time

# 创建锁
lock = threading.Lock()

# 银行账户类
class Account:
    def __init__(self, balance):
        self.balance = balance

# 取钱函数
def draw(account, amount):
    # 加锁
    with lock:
        if account.balance >= amount:
            time.sleep(0.1)
            print(threading.current_thread().name, "取钱成功")
            account.balance -= amount
            print(threading.current_thread().name, "余额", account.balance)
        else:
            print(threading.current_thread().name, "取钱失败，余额不足，剩余", account.balance)


if __name__ == '__main__':
    account = Account(1000)
    # 创建两个线程进行取钱
    ta = threading.Thread(target=draw, args=(account, 800), name='ta')
    tb = threading.Thread(target=draw, args=(account, 800), name='tb')

    ta.start()
    tb.start()
    
    
'''
output:
ta 取钱成功
ta 余额 200
tb 取钱失败，余额不足，剩余 200
'''

通过两个代码的比较，你会发现两者就是在取钱函数中加了锁，加了锁以后。ta加锁进入if判断，这是切换线程进入tb，tb由于无法获取锁而不能继续进行取钱任务。这时，再次切换回ta线程，ta完成取钱释放锁。tb获取锁继续执行，判断为余额不足。

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