怎么在Python項目中實現一個讀寫鎖

這篇文章給大家介紹怎么在Python項目中實現一個讀寫鎖，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

簡單的實現

import threading

class RWlock(object):
  def __init__(self):
    self._lock = threading.Lock()
    self._extra = threading.Lock()
    self.read_num = 0

  def read_acquire(self):
    with self._extra:
      self.read_num += 1
      if self.read_num == 1:
        self._lock.acquire()

  def read_release(self):
    with self._extra:
      self.read_num -= 1
      if self.read_num == 0:
        self._lock.release()

  def write_acquire(self):
    self._lock.acquire()

  def write_release(self):
    self._lock.release()

這是讀寫鎖的一個簡單的實現，self.read_num 用來保存獲得讀鎖的線程數，這個屬性屬于臨界區，對其操作也要加鎖，所以這里需要一個保護內部數據的額外的鎖 self._extra 。

但是這個鎖是不公平的。理想情況下，線程獲得所的機會應該是一樣的，不管線程是讀操作還是寫操作。而從上述代碼可以看到，讀請求都會立即設置 self.read_num += 1，不管有沒有獲得鎖，而寫請求想要獲得鎖還得等待 read_num 為 0 。

所以這個就造成了只有鎖沒有被占用或者沒有讀請求時，可以獲得寫權限。我們應該想辦法避免讀模式鎖長期占用。

讀寫鎖的優先級

讀寫鎖也有分 讀優先 和 寫優先。上面的代碼就屬于讀優先。

如果要改成寫優先，那就換成去記錄寫線程的引用計數，讀和寫在同時競爭時，可以讓寫線程增加寫的計數，這樣可使讀線程的讀鎖一直獲取不到, 因為讀線程要先判斷寫的引用計數，若不為0，則等待其為 0，然后進行讀。這部分代碼不羅列了。

但這樣顯然不夠靈活。我們不需要兩個相似的讀寫鎖類。我們希望重構我們代碼，使它更強大。

改進

為了能夠滿足自定義優先級的讀寫鎖，要記錄等待的讀寫線程數，并且需要兩個條件 threading.Condition 用來處理哪方優先的通知。計數引用可以擴大語義：正數：表示正在讀操作的線程數，負數：表示正在寫操作的線程數（最多-1）

在獲取讀操作時，先然后判斷時候有等待的寫線程，沒有，進行讀操作，有，則等待讀的計數加 1 后等待 Condition 通知；等待讀的計數減 1，計數引用加 1，繼續讀操作，若條件不成立，循環等待；

在獲取寫操作時，若鎖沒有被占用，引用計數減 1，若被占用，等待寫線程數加 1，等待寫條件 Condition 的通知。

讀模式和寫模式的釋放都是一樣，需要根據判斷去通知對應的 Condition：

class RWLock(object):
  def __init__(self):
    self.lock = threading.Lock()
    self.rcond = threading.Condition(self.lock)
    self.wcond = threading.Condition(self.lock)
    self.read_waiter = 0  # 等待獲取讀鎖的線程數
    self.write_waiter = 0  # 等待獲取寫鎖的線程數
    self.state = 0     # 正數：表示正在讀操作的線程數  負數：表示正在寫操作的線程數（最多-1）
    self.owners = []    # 正在操作的線程id集合
    self.write_first = True # 默認寫優先，False表示讀優先

  def write_acquire(self, blocking=True):
    # 獲取寫鎖只有當
    me = threading.get_ident()
    with self.lock:
      while not self._write_acquire(me):
        if not blocking:
          return False
        self.write_waiter += 1
        self.wcond.wait()
        self.write_waiter -= 1
    return True

  def _write_acquire(self, me):
    # 獲取寫鎖只有當鎖沒人占用，或者當前線程已經占用
    if self.state == 0 or (self.state < 0 and me in self.owners):
      self.state -= 1
      self.owners.append(me)
      return True
    if self.state > 0 and me in self.owners:
      raise RuntimeError('cannot recursively wrlock a rdlocked lock')
    return False

  def read_acquire(self, blocking=True):
    me = threading.get_ident()
    with self.lock:
      while not self._read_acquire(me):
        if not blocking:
          return False
        self.read_waiter += 1
        self.rcond.wait()
        self.read_waiter -= 1
    return True

  def _read_acquire(self, me):
    if self.state < 0:
      # 如果鎖被寫鎖占用
      return False

    if not self.write_waiter:
      ok = True
    else:
      ok = me in self.owners
    if ok or not self.write_first:
      self.state += 1
      self.owners.append(me)
      return True
    return False

  def unlock(self):
    me = threading.get_ident()
    with self.lock:
      try:
        self.owners.remove(me)
      except ValueError:
        raise RuntimeError('cannot release un-acquired lock')

      if self.state > 0:
        self.state -= 1
      else:
        self.state += 1
      if not self.state:
        if self.write_waiter and self.write_first:  # 如果有寫操作在等待（默認寫優先）
          self.wcond.notify()
        elif self.read_waiter:
          self.rcond.notify_all()
        elif self.write_waiter:
          self.wcond.notify()

  read_release = unlock
  write_release = unlock

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