线程访问全局变量与线程安全问题

摘要

本篇文章探讨了线程访问全局变量及其可能引发的安全问题。在多线程编程中，全局变量可以方便地在不同线程之间共享数据，但同时也带来了线程非安全的风险。通过示例代码演示了全局变量的访问和修改，并说明了线程非安全可能导致的数据混乱情况。此外，还介绍了线程安全问题，以一个卖票的场景为例，展示了多个线程对共享资源进行操作时可能出现的问题。

技术标签

1. 多线程编程
2. 全局变量访问
3. 线程非安全
4. 线程同步
5. 共享资源管理

同步

当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候，需要进行同步控制。同步就是协同步调，按预定的先后次序进行运行。线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源，最简单的同步机制是引入互斥锁。

互斥锁

互斥锁为资源引入一个状态：锁定/非锁定。

某个线程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源的状态为“锁定”，其他线程不能更改；直到该线程释放资源，将资源的状态变成“非锁定”，其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作，从而保证了多线程情况下数据的正确性。

threading模块中定义了Lock类，可以方便地处理锁定：

# 创建锁
mutex = threading.Lock()
# 锁定
mutex.acquire()
# 释放
mutex.release()

注意：

• 如果这个锁之前是没有上锁的，那么acquire不会堵塞。
• 如果在调用acquire对这个锁上锁之前，它已经被其他线程上了锁，那么此时acquire会堵塞，直到这个锁被解锁为止。

和文件操作一样，Lock也可以使用with语句快速地实现打开和关闭操作。

使用互斥锁解决卖票问题

import threading
import timeticket = 20
lock = threading.Lock()def sell_ticket():global ticketwhile True:lock.acquire()if ticket > 0:time.sleep(0.5)ticket -= 1lock.release()print('{}卖了一张票，还剩{}'.format(threading.current_thread().name, ticket))else:print('{}票卖完了'.format(threading.current_thread().name))lock.release()breakfor i in range(5):t = threading.Thread(target=sell_ticket, name='thread-{}'.format(i + 1))t.start()

上锁过程

当一个线程调用锁的acquire()方法获得锁时，锁就进入“locked”状态。

每次只有一个线程可以获得锁。如果此时另一个线程试图获得这个锁，该线程就会变为“blocked”状态，称为“阻塞”，直到拥有锁的线程调用锁的release()方法释放锁之后，锁进入“unlocked”状态。

线程调度程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁，并使得该线程进入运行（running）状态。

总结

锁的好处：

• 确保了某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地执行。
  锁的坏处：
• 阻止了多线程并发执行，包含锁的某段代码实际上只能以单线程模式执行，效率就大大地下降了。
• 由于可以存在多个锁，不同的线程持有不同的锁，并试图获取对方持有的锁时，可能会造成死锁。

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